JPH08105985A - 核融合炉ブランケットの支持構造 - Google Patents
核融合炉ブランケットの支持構造Info
- Publication number
- JPH08105985A JPH08105985A JP6241018A JP24101894A JPH08105985A JP H08105985 A JPH08105985 A JP H08105985A JP 6241018 A JP6241018 A JP 6241018A JP 24101894 A JP24101894 A JP 24101894A JP H08105985 A JPH08105985 A JP H08105985A
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- Japan
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- blanket
- key member
- blankets
- support structure
- groove
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- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】ブランケット９には側面中央部に溝１０が設け
てある。ブランケット９を真空容器１の中に挿入後、上
部開口部から、隣接するブランケット９の間の溝にキー
部材１１を挿入しブランケット同士を締結する。 【効果】発生応力は、従来の支持構造に比べて、約４分
の１に低減する。また、軽量化にともないブランケット
の交換作業が容易になる。
てある。ブランケット９を真空容器１の中に挿入後、上
部開口部から、隣接するブランケット９の間の溝にキー
部材１１を挿入しブランケット同士を締結する。 【効果】発生応力は、従来の支持構造に比べて、約４分
の１に低減する。また、軽量化にともないブランケット
の交換作業が容易になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合炉ブランケット
の支持構造に関する。
の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】核融合炉の概略を記す。核融合炉は、図
２に示すように、プラズマを保持するドーナツ状の真空
容器１と、プラズマの閉じ込め磁場を発生するトロイダ
ルコイル４，ポロイダルコイル５を備えている。プラズ
マは真空容器１の中にドーナツ状に発生し、ブランケッ
ト２および遮蔽体３が、このプラズマを取り囲むよう
に、真空容器１の内部にトロイダル方向に周状に配置さ
れる。
２に示すように、プラズマを保持するドーナツ状の真空
容器１と、プラズマの閉じ込め磁場を発生するトロイダ
ルコイル４，ポロイダルコイル５を備えている。プラズ
マは真空容器１の中にドーナツ状に発生し、ブランケッ
ト２および遮蔽体３が、このプラズマを取り囲むよう
に、真空容器１の内部にトロイダル方向に周状に配置さ
れる。
【０００３】ブランケット２の機能は、核融合反応によ
って生じたエネルギを熱エネルギに変換すること、燃料
となるトリチウムを生産すること、中性子を遮蔽するこ
とである。このため、ブランケット２はプラズマに対向
して設置されるが、中性子による強度劣化，電磁力の負
荷，熱応力の発生等、強度的に厳しい条件下に置かれ、
炉の使用期間中に炉構造保全のため交換が必要である。
ブランケット２の支持構造は、電磁力の負荷に耐える構
造であり、かつ熱応力を緩和する構造であり、加えて交
換に伴う分解，組立作業が容易に行える構造であること
が要求される。この方法として、図３のような支持レー
ル８を利用してブランケットを支持する構造が考えられ
ている。この構造では、真空容器１上部に開口部を設
け、ブランケット２のプラズマに対向する面と反対側の
真空容器１に接する面（以下、背面）の稜線部に溝を設
け、真空容器１にその溝と嵌まりあう支持レール８を設
け、上部の開口部からブランケット２を挿入し、溝と支
持レール８を嵌めあわせて支持する構造である。ブラン
ケット２は、底面および背面部のみが支持され、ブラン
ケット自重および鉛直下向きの負荷荷重は真空容器内ブ
ランケット台座６で受け、その他の荷重は支持レール８
が受け持つ。
って生じたエネルギを熱エネルギに変換すること、燃料
となるトリチウムを生産すること、中性子を遮蔽するこ
とである。このため、ブランケット２はプラズマに対向
して設置されるが、中性子による強度劣化，電磁力の負
荷，熱応力の発生等、強度的に厳しい条件下に置かれ、
炉の使用期間中に炉構造保全のため交換が必要である。
ブランケット２の支持構造は、電磁力の負荷に耐える構
造であり、かつ熱応力を緩和する構造であり、加えて交
換に伴う分解，組立作業が容易に行える構造であること
が要求される。この方法として、図３のような支持レー
ル８を利用してブランケットを支持する構造が考えられ
ている。この構造では、真空容器１上部に開口部を設
け、ブランケット２のプラズマに対向する面と反対側の
真空容器１に接する面（以下、背面）の稜線部に溝を設
け、真空容器１にその溝と嵌まりあう支持レール８を設
け、上部の開口部からブランケット２を挿入し、溝と支
持レール８を嵌めあわせて支持する構造である。ブラン
ケット２は、底面および背面部のみが支持され、ブラン
ケット自重および鉛直下向きの負荷荷重は真空容器内ブ
ランケット台座６で受け、その他の荷重は支持レール８
が受け持つ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】プラズマディスラプシ
ョンというプラズマの消滅現象が発生すると、プラズマ
電流が瞬断するため、導電性の炉構造物には誘導電流が
流れ、この電流とプラズマ閉じ込め磁場との相互作用に
より、非常に大きな電磁力(最大１ＭＰａオーダ)が数十
msのうちに負荷される。現在までのところ、この現象を
なくすことはできず、加えて全ての負荷荷重の中でこの
電磁力が最も大きいため、この電磁力負荷に対して構造
の健全性を保ちうる設計をすることが必要である。ブラ
ンケットに関しては、ディスラプション時の誘導電流
は、ブランケットの各水平断面でブランケットの周囲を
同一方向に流れる。その結果、電磁力は箱型ブランケッ
トを膨らますように作用する。この電磁力に対し、支持
構造は、ブランケットの移動を拘束しているのみで、ブ
ランケットの構造を補強するものとしてはあまり有効で
はない。すなわち、ブランケットを膨らまそうとする電
磁力に対して、底部と背面部だけで支持するため、トロ
イダル方向に垂直な面（以下、側面）で応力が高くなる
という短所があった。
ョンというプラズマの消滅現象が発生すると、プラズマ
電流が瞬断するため、導電性の炉構造物には誘導電流が
流れ、この電流とプラズマ閉じ込め磁場との相互作用に
より、非常に大きな電磁力(最大１ＭＰａオーダ)が数十
msのうちに負荷される。現在までのところ、この現象を
なくすことはできず、加えて全ての負荷荷重の中でこの
電磁力が最も大きいため、この電磁力負荷に対して構造
の健全性を保ちうる設計をすることが必要である。ブラ
ンケットに関しては、ディスラプション時の誘導電流
は、ブランケットの各水平断面でブランケットの周囲を
同一方向に流れる。その結果、電磁力は箱型ブランケッ
トを膨らますように作用する。この電磁力に対し、支持
構造は、ブランケットの移動を拘束しているのみで、ブ
ランケットの構造を補強するものとしてはあまり有効で
はない。すなわち、ブランケットを膨らまそうとする電
磁力に対して、底部と背面部だけで支持するため、トロ
イダル方向に垂直な面（以下、側面）で応力が高くなる
という短所があった。
【０００５】本発明の目的は、交換に伴う分解性がよ
く、かつプラズマディスラプション時の電磁力によって
発生する応力を低減するブランケットの支持構造を提供
することにある。
く、かつプラズマディスラプション時の電磁力によって
発生する応力を低減するブランケットの支持構造を提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】隣接するブランケットの
側面の中央部にキー部材を設け、ブランケット相互の力
の伝達を可能とした支持構造を用いる。
側面の中央部にキー部材を設け、ブランケット相互の力
の伝達を可能とした支持構造を用いる。
【０００７】
【作用】核融合炉は対称構造なので、プラズマディスラ
プションの際に各ブランケットに作用する電磁力は、ど
のブランケットでもほぼ同じ分布を持って、ほぼ同じ方
向に作用する。そこで、本支持構造に示したように側面
間にキー部材を設けた場合には、ブランケット側面を膨
らまそうとする電磁力はキー部材を介して相互に打ち消
しあい、キー部材に強固な支持を必要とせず、ブランケ
ット側面を支持することができるので、ブランケット側
面の発生応力を低減させることができる。
プションの際に各ブランケットに作用する電磁力は、ど
のブランケットでもほぼ同じ分布を持って、ほぼ同じ方
向に作用する。そこで、本支持構造に示したように側面
間にキー部材を設けた場合には、ブランケット側面を膨
らまそうとする電磁力はキー部材を介して相互に打ち消
しあい、キー部材に強固な支持を必要とせず、ブランケ
ット側面を支持することができるので、ブランケット側
面の発生応力を低減させることができる。
【０００８】
【実施例】本発明の核融合炉ブランケットの支持構造の
一実施例を図１に示す。本発明のブランケット９には側
面中央部に溝１０が設けてある。ブランケット９を真空
容器１の中に挿入後、上部開口部から、隣接するブラン
ケット９の間の溝にキー部材１１を挿入しブランケット
同士を締結する。
一実施例を図１に示す。本発明のブランケット９には側
面中央部に溝１０が設けてある。ブランケット９を真空
容器１の中に挿入後、上部開口部から、隣接するブラン
ケット９の間の溝にキー部材１１を挿入しブランケット
同士を締結する。
【０００９】このように構成したブランケットの支持構
造では、プラズマディスラプション時のブランケット９
を膨らまそうとする電磁力は、このキー部材１１を介し
て隣のブランケットに伝達される。一方、隣のブランケ
ットも同様な電磁力を受けるため、この膨らまそうとす
る電磁力はキー部材１１において打ち消しあう。したが
って、本発明の支持構造では、ブランケット９は、背面
および底面に加えて、側面が支持される。
造では、プラズマディスラプション時のブランケット９
を膨らまそうとする電磁力は、このキー部材１１を介し
て隣のブランケットに伝達される。一方、隣のブランケ
ットも同様な電磁力を受けるため、この膨らまそうとす
る電磁力はキー部材１１において打ち消しあう。したが
って、本発明の支持構造では、ブランケット９は、背面
および底面に加えて、側面が支持される。
【００１０】側面を支持した場合と従来の背面を支持し
た場合の発生応力の違いを明らかにするために、図４に
示し解析モデルを用いて、プラズマディスラプションを
模擬した電磁応力解析を行った。図４（ａ）は背面側か
ら見たもので、図４（ｂ）はプラズマ対向面側から見た
ものである。従来の背面を支持した場合の解析として、
図４の稜線１２を拘束して解析した。また、本発明にお
ける側面中央部を支持した場合の解析として、図４の点
線１３で示した側面中央の位置を拘束して解析を行っ
た。
た場合の発生応力の違いを明らかにするために、図４に
示し解析モデルを用いて、プラズマディスラプションを
模擬した電磁応力解析を行った。図４（ａ）は背面側か
ら見たもので、図４（ｂ）はプラズマ対向面側から見た
ものである。従来の背面を支持した場合の解析として、
図４の稜線１２を拘束して解析した。また、本発明にお
ける側面中央部を支持した場合の解析として、図４の点
線１３で示した側面中央の位置を拘束して解析を行っ
た。
【００１１】図５に電磁応力解析の結果を示す。横軸は
プラズマディスラプション発生からの経過時間であり、
縦軸は各時刻における発生応力の最大値である。背面支
持では、ブランケットを膨らまそうとする電磁力を、ブ
ランケット自体の構造強度で受け持つしかないため、剛
性の低いブランケット側面で最大320MPaの応力が発生す
る。一方、側面支持では、剛性の低い側面を拘束するた
め、発生応力は大幅に低減し最大９０ＭＰａ程度であ
る。これは背面支持における最大発生応力の約４分の１
である。このように、本発明の構成により側面を支持し
た場合には、プラズマディスラプションの際にブランケ
ットに発生する応力が大幅に低減される。請求項２に関
して、ブランケットに設ける溝１０およびキー部材１１
を円弧状にする。この場合には、上記の発生応力の低減
効果に加えて、製作が容易であること、キー部材の挿入
が容易であることの長所が得られる。
プラズマディスラプション発生からの経過時間であり、
縦軸は各時刻における発生応力の最大値である。背面支
持では、ブランケットを膨らまそうとする電磁力を、ブ
ランケット自体の構造強度で受け持つしかないため、剛
性の低いブランケット側面で最大320MPaの応力が発生す
る。一方、側面支持では、剛性の低い側面を拘束するた
め、発生応力は大幅に低減し最大９０ＭＰａ程度であ
る。これは背面支持における最大発生応力の約４分の１
である。このように、本発明の構成により側面を支持し
た場合には、プラズマディスラプションの際にブランケ
ットに発生する応力が大幅に低減される。請求項２に関
して、ブランケットに設ける溝１０およびキー部材１１
を円弧状にする。この場合には、上記の発生応力の低減
効果に加えて、製作が容易であること、キー部材の挿入
が容易であることの長所が得られる。
【００１２】図６は請求項３の実施例である。キー部材
の溝を底面と接する部分に摺動性に優れた材料、例え
ば、テトラフルオロエチレンをコーティングする。これ
により容易にキー部材が挿入され、かつ保全時あるいは
交換時にも取外しが容易になる。
の溝を底面と接する部分に摺動性に優れた材料、例え
ば、テトラフルオロエチレンをコーティングする。これ
により容易にキー部材が挿入され、かつ保全時あるいは
交換時にも取外しが容易になる。
【００１３】図７は請求項４の実施例である。図６に加
えて、さらに摺動性をよくするため、キー部材の、ブラ
ンケットに設けた溝の側面と接する部分にベアリングを
設けた。このベアリングにより、挿入，取外しがさらに
容易になる。
えて、さらに摺動性をよくするため、キー部材の、ブラ
ンケットに設けた溝の側面と接する部分にベアリングを
設けた。このベアリングにより、挿入，取外しがさらに
容易になる。
【００１４】図８は請求項５の実施例である。キー部材
として、金属チューブに昜融性金属を充填したコッタを
使用する。昜融性金属には、例えば、Ｂｉ５０％，Ｐｂ
２４％，Ｓｎ１４％，Ｃｄ１２％の組成からなる合金を
使用する。この昜融性金属は組成成分比を変えることに
より、融点を変化させることができる。そして、図９に
示すようにひずみ速度が大きくなるほど、変形抵抗が大
きくなる性質がある。この性質を利用し、図１０に示す
ように、ディスラプション時の電磁力のように負荷速度
の大きい負荷に対しては、変形抵抗が大きいため支持部
材として働き、負荷速度の非常に小さい熱応力に対して
は容易に変形して、発生応力を緩和する。このように熱
による変形を吸収し、かつ電磁力に対しては強固な支持
が可能となる。
として、金属チューブに昜融性金属を充填したコッタを
使用する。昜融性金属には、例えば、Ｂｉ５０％，Ｐｂ
２４％，Ｓｎ１４％，Ｃｄ１２％の組成からなる合金を
使用する。この昜融性金属は組成成分比を変えることに
より、融点を変化させることができる。そして、図９に
示すようにひずみ速度が大きくなるほど、変形抵抗が大
きくなる性質がある。この性質を利用し、図１０に示す
ように、ディスラプション時の電磁力のように負荷速度
の大きい負荷に対しては、変形抵抗が大きいため支持部
材として働き、負荷速度の非常に小さい熱応力に対して
は容易に変形して、発生応力を緩和する。このように熱
による変形を吸収し、かつ電磁力に対しては強固な支持
が可能となる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の支持構造は、隣接するブランケ
ットの側面中央部にキー部材を設け、ブランケット相互
の力の伝達を可能としたので、ブランケット同士でプラ
ズマディスラプションの際の電磁力を打ち消しあい、剛
性の低いブランケット側面が支持されるため、発生応力
は、従来の支持構造に比べて、約４分の１に低減する。
この効果、ブランケット自体の構造強度を従来構造に比
べて低く設計でき、ブランケットの軽量化および製作コ
ストの削減が可能である。また、軽量化にともないブラ
ンケットの交換作業が容易になる。さらに、電磁力が打
ち消しあい残る合力が小さくなるので、真空容器側の負
担が軽くなり信頼性が向上する。
ットの側面中央部にキー部材を設け、ブランケット相互
の力の伝達を可能としたので、ブランケット同士でプラ
ズマディスラプションの際の電磁力を打ち消しあい、剛
性の低いブランケット側面が支持されるため、発生応力
は、従来の支持構造に比べて、約４分の１に低減する。
この効果、ブランケット自体の構造強度を従来構造に比
べて低く設計でき、ブランケットの軽量化および製作コ
ストの削減が可能である。また、軽量化にともないブラ
ンケットの交換作業が容易になる。さらに、電磁力が打
ち消しあい残る合力が小さくなるので、真空容器側の負
担が軽くなり信頼性が向上する。
【図１】一実施例におけるブランケット支持構造の説明
図。
図。
【図２】核融合炉の概略を示す説明図。
【図３】従来のブランケット支持構造の説明図。
【図４】電磁応力解析の際のモデルの拘束位置を示す説
明図。
明図。
【図５】本発明の支持構造による発生応力の低減効果を
示す説明図。
示す説明図。
【図６】キー部材をコーティングした実施例の説明図。
【図７】キー部材にベアリングを設けた実施例の説明
図。
図。
【図８】キー部材に昜融性金属を充填した金属チューブ
を用いた実施例の説明図。
を用いた実施例の説明図。
【図９】昜融性金属のひずみ速度増加に伴う変形抵抗の
増加を示した説明図。
増加を示した説明図。
【図１０】電磁力と熱応力のひずみ速度を比較した説明
図。
図。
１…真空容器、８…支持レール、９…ブランケット、１
０…溝、１１…キー部材。
０…溝、１１…キー部材。
Claims (5)
- 【請求項１】プラズマを取り囲む分割された複数個のブ
ランケットを有する核融合炉のブランケットの支持構造
において、隣接する前記ブランケットのトロイダル方向
に垂直な面の中央部にキー部材を設け、隣接する前記ブ
ランケットを締結することを特徴とするブランケット支
持構造。 - 【請求項２】請求項１において、前記ブランケットのト
ロイダル方向に垂直な面の中央部に円弧状の溝を設け、
前記溝に円弧状のキー部材を挿入することによって隣接
する前記ブランケットを締結するブランケット支持構
造。 - 【請求項３】請求項２において、前記円弧状のキー部材
の、相対するブランケット側面中央部に設けた前記溝の
底面に接する部分に摺動性に優れた材料をコーティング
したブランケット支持構造。 - 【請求項４】請求項２において、前記円弧状のキー部材
の、相対するブランケット側面中央部に設けた前記溝を
接する部分にベアリングを設けたブランケット支持構
造。 - 【請求項５】請求項２において、前記円弧状のキー部材
として、中央部の面積を大きくした中空状のコッタを設
け、前記コッタに昜融性金属を充填したブランケット支
持構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6241018A JPH08105985A (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 核融合炉ブランケットの支持構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6241018A JPH08105985A (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 核融合炉ブランケットの支持構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08105985A true JPH08105985A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17068116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6241018A Pending JPH08105985A (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 核融合炉ブランケットの支持構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08105985A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104157317A (zh) * | 2014-08-21 | 2014-11-19 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 整体式内置次临界包层的支撑与拆装设施及其装拆方法 |
| JP2020501128A (ja) * | 2016-11-21 | 2020-01-16 | ステート・アトミック・エナジー・コーポレーション・ロスアトム・オン・ビハーフ・オブ・ザ・ロシアン・フェデレーションＳｔａｔｅ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ‘Ｒｏｓａｔｏｍ’ Ｏｎ Ｂｅｈａｌｆ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｒｕｓｓｉａｎ Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ | 熱核融合炉 |
-
1994
- 1994-10-05 JP JP6241018A patent/JPH08105985A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104157317A (zh) * | 2014-08-21 | 2014-11-19 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 整体式内置次临界包层的支撑与拆装设施及其装拆方法 |
| CN106297922A (zh) * | 2014-08-21 | 2017-01-04 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 整体式内置次临界包层的装拆方法 |
| CN106297922B (zh) * | 2014-08-21 | 2017-11-14 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 整体式内置次临界包层的装拆方法 |
| JP2020501128A (ja) * | 2016-11-21 | 2020-01-16 | ステート・アトミック・エナジー・コーポレーション・ロスアトム・オン・ビハーフ・オブ・ザ・ロシアン・フェデレーションＳｔａｔｅ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ‘Ｒｏｓａｔｏｍ’ Ｏｎ Ｂｅｈａｌｆ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｒｕｓｓｉａｎ Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ | 熱核融合炉 |
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