JPH0746149B2 - 核融合炉増殖ブラケットの増殖材温度制御方法 - Google Patents

核融合炉増殖ブラケットの増殖材温度制御方法

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JPH0746149B2
JPH0746149B2 JP60236487A JP23648785A JPH0746149B2 JP H0746149 B2 JPH0746149 B2 JP H0746149B2 JP 60236487 A JP60236487 A JP 60236487A JP 23648785 A JP23648785 A JP 23648785A JP H0746149 B2 JPH0746149 B2 JP H0746149B2
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誠一郎 山崎
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、核融合炉増殖用ブランケットの増殖材温度制
御方法に関し、詳しくは増殖ブランケットの冷却管の周
囲に充填した熱抵抗材を核融合炉の出力変化などに対応
して調整する温度制御方法である。
[従来の技術] 核融合炉1は、第1図に示すプラズマ2で発生した核融
合エネルギーを、その周囲に設置した増殖ブランケット
3により熱エネルギーに変換し、その除去をおこなうと
ともに、核融合燃料であるトリチウムの生産をおこな
う。
第2図は前記増殖ブランケット3の構造を説明する一部
断面とした斜視図であり、外壁4、シェル導体5などを
複合して形成したブランケット容器6内に冷却管7を配
列し、この冷却管7の周囲には小球に成型したリチウム
化合物(例えば酸化リチウム、リチウムアルミ酸化物)
などの増殖材8が充填されている。
この冷却管7の周囲には第3図に示すごとく、スペーサ
9が同心状に配置されており、スペーサ9と冷却管7と
の空間には、増殖材8の温度を制御するためのヘリウム
ガスなどの熱抵抗材が充填されて熱抵抗層10を形成して
いる。
このようにしてプラズマ2で発生した核融合エネルギー
は、増殖材8にてトリチウムを生産し、このトリチウム
は増殖材中を流れるヘリウムパージガスにて回収される
とともに、冷却管7内を流れるヘリウムガスまたは水な
どの冷却材によって熱エネルギーとして取出される。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、固体のリチウム化合物などを増殖材8とする
トリチウム増殖ブランケット3では出力の変更により冷
却管7から除去される熱エネルギーが変化する。この変
化に伴って増殖材8の温度が変化するが、この場合増殖
材8が高温になると、熱応力割れの発生や増殖ブランケ
ット3内の微量水分と増殖材8とが反応して増殖材8の
質量移行等の問題が生ずる。また増殖材8が低温になる
とトリチウムが増殖材8に吸蔵されてトリチウムインベ
ントリー上の問題が生ずる。そのために増殖材8の健全
性を保持しながら生成したトリチウムを連続的に回収す
るためには、増殖材8を一定温度域、例えば酸化リチウ
ムにおいては400℃〜1000℃に保つように制御する必要
がある。
この増殖材8の最低温度制御をおこなうために、増殖材
8と冷却管7との間に静止ヘリウムガスで構成される熱
抵抗層10が設けられ、またこの冷却管7まわりのヘリウ
ムギャップの幅などを核発熱率に応じて製作時に調整し
ておく方法がとられている。しかしながらこれらの方法
では出力の変更や増殖材発熱率の変動に対応して熱抵抗
層に近い位置の増殖材8の最低温度を的確に制御するこ
とが困難であり、またヘリウムギャップの幅を随時自在
に調整させるには複雑な制御機構が必要になるという問
題点があった。
本願発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、核融
合炉の出力変化等に対処できるようにした増殖ブランケ
ットの増殖材温度制御方法を提供することを目的として
いる。
[問題点を解決するための手段] 上記の目的は、前記特許請求の範囲に記載された核融合
炉増殖ブランケットの増殖材温度制御方法によって達成
される。すなわち、 (1)核融合炉のトリチウム増殖ブランケット内に配設
される冷却管を2重管構造とし、上記2重管の内管内に
冷却材を流通させ、上記2重管の内管と外管との間隙部
に熱抵抗材を流通して熱抵抗層とした構造の核融合炉増
殖ブランケットにおいて、核融合炉の出力に応じて、熱
抵抗材の成分比を調整することにより増殖材の温度を制
御する核融合炉増殖ブランケットの増殖材温度制御方
法。
(2)核融合炉のトリチウム増殖ブランケット内に配設
される冷却管を2重管構造とし、上記2重管の内管内に
冷却材を流通させ、上記2重管の内管と外管との間隙部
に熱抵抗材を流通して熱抵抗層とした構造の核融合炉増
殖ブランケットにおいて、核融合炉の出力に応じて、熱
抵抗材を熱抵抗層内において静止状態と層流状態の2つ
の状態の内のいずれかを選択することにより増殖材の温
度を制御する核融合炉増殖ブランケットの増殖材温度制
御方法。
(3)核融合炉のトリチウム増殖ブランケット内に配設
される冷却管を2重管構造とし、上記2重管の内管内に
冷却材を流通させ、上記2重管の内管と外管との間隙部
に熱抵抗材を流通して熱抵抗層とした構造の核融合炉増
殖ブランケットにおいて、核融合炉の出力に応じて、熱
抵抗材の成分比を調整し、調整した熱抵抗材を熱抵抗層
内において静止状態と層流状態の2つの状態の内のいず
れかを選択することにより増殖材の温度を制御する核融
合炉増殖ブランケットの増殖材温度制御方法。
である。
[作用] 以上のごとく、冷却管を2重管構造とし、該2重管の外
管と内管との間に熱抵抗材ガスを流通して熱抵抗層を形
成させ、成分の異なる、いい換えれば熱抵抗値の異なる
ガスをそれぞれ単独で使用するか或いは比率を変えて混
合することにより熱抵抗材ガス自体の熱抵抗値を変化さ
せ、また熱抵抗層内の熱抵抗材ガスの状態を静止状態と
層流状態の2つの状態のいずれかを選択することによっ
てガスの熱抵抗値を変化させ、上記熱抵抗材ガスの成分
の変化に基づく熱抵抗値変化とガスの状態変化に基づく
熱抵抗値変化のいずれか一方或いは両方を変化させるこ
とにより、増殖材を一定温度域内に保持させる。
[実施例] 以下例えば熱抵抗材としてヘリウムガスとアルゴンガス
の混合ガスを使用した場合の具体的な実施例について説
明する。
第4図は熱抵抗値の異なる熱抵抗材としてヘリウムガス
(以下Heと称する)およびアルゴンガス(以下Arと称す
る)を混合使用した場合の熱抵抗値の変化の割合を示し
たグラフであり、横軸はHeとArの体積100分比を示す尺
度であり、0はHeが0%、Arが100%、100はHeが100
%、Arが0%の点をあらわしている。また縦軸はその混
合ガスの熱抵抗値の比を尺度としている。
曲線Aは静止状態における、He100%の熱抵抗値を1と
した場合の混合ガスの静止状態における熱抵抗値の変化
の状態をあらわしたものであり、Ar100%においてはそ
の値は約8.2であり、He、Arの混合の割合に応じてその
熱抵抗値は曲線Aのごとく変化する。
曲線Bは前記混合ガスの層流状態における熱抵抗値の変
化の状態をあらわしたものであり、前記それぞれの混合
状態におけるガスを、層流状態とすれば熱抵抗値は静止
時におけるその値よりも約×0.75に減少することをあら
わしている。
本願の第1の発明は、第2図および第3図に示す増殖ブ
ランケット3内に配置された冷却管7の周囲の熱抵抗層
10内に充填する熱抵抗材としてHe或いはAr等熱抵抗値の
異なる複数のガスを使用し、核融合炉の出力等に応じて
前記複数のガスの中から特定のガスを選択し或いは混合
して所要の熱抵抗値をもつガスを調整して熱抵抗層10内
に充填するものである。ガスは図4に示すように、その
種類或いは混合比によって、例えばHeとArとでは前記の
ように約8.2倍の範囲で熱抵抗値が大きく相違し、しか
も連続的に変化することから、ガスの成分比を調整する
ことによって熱抵抗層10の外面の温度を広い範囲内で制
御することができ、それに基づいて核融合炉増殖ブラン
ケット内における増殖材は、増殖材が必要とする最低温
度よりも高い温度に制御された熱抵抗層10の外面に接す
ることにより、確実に所要最低温度を保持することが可
能になる。
本願の第2の発明は、第2図および第3図に示す増殖ブ
ランケット3内に配置された冷却管7の周囲の熱抵抗層
10内に熱抵抗材としてHe或いはAr等のガスを流通し、そ
のガスを核融合炉の出力等に対応させて熱抵抗層内にお
いて静止状態を保持させるか或いはガスを連続的に供給
して層流状態にするかのいずれかの状態を選択させるこ
とにより、熱抵抗材としてのガスの熱抵抗値を変化さ
せ、それによって熱抵抗層外面の温度を増殖材が必要と
する最低温度以上に保持することにより核融合炉増殖ブ
ランケット内における増殖材の最低温度を確保させるこ
とを可能にするものである。
熱抵抗層10内の熱抵抗材としてのガスを層流状態に維持
させることによって、第4図に示すようにガスの熱抵抗
値を静止状態の0.75に低下させることができるから、比
較的小さい出力変化等に対しても極めて迅速かつ効果的
に対応することが可能になる。
本願の第3の発明は、熱抵抗材としてHe或いはAr等熱抵
抗値の異なる複数のガスを使用し、核融合炉の出力等に
応じて前記複数のガスの中から特定のガスを選択し或い
は混合して所要の熱抵抗値をもつガスを調整し、第2図
および第3図に示す増殖ブランケット3内に配置された
冷却管7の周囲の熱抵抗層10内に流通させ、更に流通さ
せた熱抵抗材を熱抵抗層内において静止状態か層流状態
かのいずれかの状態を選択することを可能にしたもので
ある。
熱抵抗材としてHeとArを用いた場合、第4図に示すよう
にその混合比を変化させることによって熱抵抗材の熱抵
抗値を約8.2倍まで変化させ得ることから、核融合炉の
出力等の大幅な変化が予想される場合においても十分に
対応し得るほか、核融合炉の供用中に比較的小さい出力
等の変化が生じた際には、熱抵抗材の状態を静止状態か
層流状態かのいずれかを選択することにより更にその75
%程度変化させて、増殖材の温度を必要かつ最低限の温
度に的確かつ迅速に保持させることが可能になる。
HeとArの混合比を調整しながら混合ガスを連続的に供給
して層流状態に維持すれば、その熱抵抗値の比を第4図
曲線Bのごとく0.75〜6の間にて連続的に変化させるこ
とができ、増殖材8の最低温度を制御することができ
る。この時混合ガスを静止状態よりも層流状態に保った
場合の方が熱抵抗値の変化の割合は緩やかとなるので、
温度制御は容易となる。
このように熱抵抗層10においてHeとArの混合比を調整し
ながら熱抵抗値を変化させるとともに、混合ガスを静止
させ、また層流で流動させるようにするなど混合ガスの
流動状態を変化させることにより、その熱抵抗値を曲線
AとBの間にて変化させることができるもので、この場
合の熱抵抗値の変化の範囲は第4図において0.75〜8.2
となり、最高出力密度と最低出力密度の比は10以上とな
り、さらに広い範囲にて増殖材8の温度制御をおこなう
ことができる。
本願第1の発明、第2の発明および第3の発明における
増殖材8の温度を検知する方法として、冷却管7の周囲
に配置されているスペーサ9に増殖材8の温度検知手段
を取付けるようにしてもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、熱抵抗材の成分比率を調整する
か、流動状態を調整して熱抵抗値を変化させるか、或い
はまた同時にこれらを調整して熱抵抗値を変化させると
いう簡潔な方法によって、核融合炉の出力の変更や増殖
材発熱率の変動に対処し、増殖材を生成したトリチウム
の連続回収に必要な一定温度域に保つものであり、熱抵
抗値を大きく変化させることができるので制御性もよく
なり、広い範囲にてすぐれた温度制御を行うことが可能
になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は核融合炉の作用を説明する略断面図、第2図は
増殖ブランケットの構造を説明する一部断面とした斜視
図、第3図は冷却管の詳細斜視図、第4図はHe-Ar混合
ガスの熱抵抗値変化を示すグラフである。 1……核融合炉、2……プラズマ、3……増殖ブランケ
ット、7……冷却管、8……増殖材、9……スペーサ、
10……熱抵抗層、A……He-Ar混合ガスを静止状態に保
った場合の熱抵抗値曲線、B……He-Ar混合ガスを層流
状態に保った場合の熱抵抗値曲線。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−79287(JP,A) 特開 昭60−93374(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】核融合炉のトリチウム増殖ブランケット内
    に配設される冷却管を2重管構造とし、 上記2重管の内管内に冷却材を流通させ、 上記2重管の内管と外管との間隙部に熱抵抗材を流通し
    て熱抵抗層とした構造の核融合炉増殖ブランケットにお
    いて、 核融合炉の出力に応じて、 熱抵抗材の成分比を調整することにより増殖材の温度を
    制御する ことを特徴とする核融合炉増殖ブランケットの増殖材温
    度制御方法。
  2. 【請求項2】核融合炉のトリチウム増殖ブランケット内
    に配設される冷却管を2重管構造とし、 上記2重管の内管内に冷却材を流通させ、 上記2重管の内管と外管との間隙部に熱抵抗材を流通し
    て熱抵抗層とした構造の核融合炉増殖ブランケットにお
    いて、 核融合炉の出力に応じて、 熱抵抗材を熱抵抗層内において静止状態と層流状態の2
    つの状態の内のいずれかを選択することにより増殖材の
    温度を制御する ことを特徴とする核融合炉増殖ブランケットの増殖材温
    度制御方法。
  3. 【請求項3】核融合炉のトリチウム増殖ブランケット内
    に配設される冷却管を2重管構造とし、 上記2重管の内管内に冷却材を流通させ、 上記2重管の内管と外管との間隙部に熱抵抗材を流通し
    て熱抵抗層とした構造の核融合炉増殖ブランケットにお
    いて、 核融合炉の出力に応じて、 熱抵抗材の成分比を調整し、 調整した熱抵抗材を熱抵抗層内において静止状態と層流
    状態の2つの状態内のいずれかを選択することにより増
    殖材の温度を制御する ことを特徴とする核融合炉増殖ブランケットの増殖材温
    度制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6079287A (ja) * 1983-10-07 1985-05-07 株式会社日立製作所 核融合装置
JPS6093374A (ja) * 1983-10-27 1985-05-25 株式会社東芝 核融合炉ブランケツト

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