JPH0820532B2 - 核融合装置 - Google Patents
核融合装置Info
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- JPH0820532B2 JPH0820532B2 JP4153295A JP15329592A JPH0820532B2 JP H0820532 B2 JPH0820532 B2 JP H0820532B2 JP 4153295 A JP4153295 A JP 4153295A JP 15329592 A JP15329592 A JP 15329592A JP H0820532 B2 JPH0820532 B2 JP H0820532B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tritium
- blanket
- breeding
- region
- temperature
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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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)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は核融合装置のブランケッ
トに係り、特にトリチウム増殖材の温度を制御し、トリ
チウムの生産，回収を効果的に行なうのに好適なブラン
ケットを備えた核融合装置に関する。
トに係り、特にトリチウム増殖材の温度を制御し、トリ
チウムの生産，回収を効果的に行なうのに好適なブラン
ケットを備えた核融合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】核融合装置の１つの型式であるトカマク
型核融合装置を例に挙げて従来技術を説明する。
型核融合装置を例に挙げて従来技術を説明する。
【０００３】トカマク型核融合装置のポロイダル断面上
半分を図２に示す。プラズマ１はトロイダルコイル５及
びポロイダルコイル６によって発生するトロイダル磁場
及びポロイダル磁場により閉じ込められる。プラズマ１
の外側には、これを取り囲むように、核融合反応によっ
て生成した中性子を取り込んでトリチウムを生産するト
リチウム生産と核中性子の運動エネルギーを熱エネルギ
ー変換するブランケット３が設置されている。ブランケ
ット３のうち、プラズマ１に直面した面には、通常第１
壁２と呼ばれる、プラズマ１からの熱輻射及び荷電粒子
の衝突を直接受ける面がある。ブランケット３の外側に
は、これを取り囲むように中性子及びガンマ線の漏れを
防ぐための遮蔽体４が設置されている。
半分を図２に示す。プラズマ１はトロイダルコイル５及
びポロイダルコイル６によって発生するトロイダル磁場
及びポロイダル磁場により閉じ込められる。プラズマ１
の外側には、これを取り囲むように、核融合反応によっ
て生成した中性子を取り込んでトリチウムを生産するト
リチウム生産と核中性子の運動エネルギーを熱エネルギ
ー変換するブランケット３が設置されている。ブランケ
ット３のうち、プラズマ１に直面した面には、通常第１
壁２と呼ばれる、プラズマ１からの熱輻射及び荷電粒子
の衝突を直接受ける面がある。ブランケット３の外側に
は、これを取り囲むように中性子及びガンマ線の漏れを
防ぐための遮蔽体４が設置されている。
【０００４】ブランケット３は、トリチウム生産に伴う
発熱、中性子の運動エネルギーの熱エネルギーへの変換
による熱、及び第１壁で発生する熱（以下これらを纏め
て核発熱と呼ぶ）を除去するために冷却する必要があ
る。そのために、ブランケット３ではトリチウム増殖領
域の間にトリチウム増殖材冷却用流路を設け、冷却用材
料を流している。第１壁で発生する熱は、プラズマ１で
発生する熱の１０〜２０％である。また、ブランケット
３の内部では、プラズマ１に近いトリチウム増殖領域の
方がプラズマ１から流入する中性子密度が高いためにト
リチウム生産量が高く、それだけ発熱密度も高くなる。
そのために、従来のブランケットではプラズマ１に近い
ほどトリチウム増殖材冷却用流路の散在密度を高くなる
ようにしている。通常トリチウム増殖材としては、Ｌｉ
2Ｏ が用いられ、ブランケット内の冷却用材料としては
軽水が用いられる。また、冷却流路壁及びブランケット
容器には、通常、ＳＵＳが用いられる。
発熱、中性子の運動エネルギーの熱エネルギーへの変換
による熱、及び第１壁で発生する熱（以下これらを纏め
て核発熱と呼ぶ）を除去するために冷却する必要があ
る。そのために、ブランケット３ではトリチウム増殖領
域の間にトリチウム増殖材冷却用流路を設け、冷却用材
料を流している。第１壁で発生する熱は、プラズマ１で
発生する熱の１０〜２０％である。また、ブランケット
３の内部では、プラズマ１に近いトリチウム増殖領域の
方がプラズマ１から流入する中性子密度が高いためにト
リチウム生産量が高く、それだけ発熱密度も高くなる。
そのために、従来のブランケットではプラズマ１に近い
ほどトリチウム増殖材冷却用流路の散在密度を高くなる
ようにしている。通常トリチウム増殖材としては、Ｌｉ
2Ｏ が用いられ、ブランケット内の冷却用材料としては
軽水が用いられる。また、冷却流路壁及びブランケット
容器には、通常、ＳＵＳが用いられる。
【０００５】トリチウム増殖領域で生成されたトリチウ
ムは、トリチウム増殖領域に流れるトリチウムキャリ
ア、例えば、ヘリウムガスにより、連続的に回収され
る。トリチウムの連続回収に必要なトリチウム増殖材温
度は、トリチウムが熱運動でトリチウム増殖材の結晶格
子間から放出するのに適した放出最適温度４００℃〜10
00℃である。
ムは、トリチウム増殖領域に流れるトリチウムキャリ
ア、例えば、ヘリウムガスにより、連続的に回収され
る。トリチウムの連続回収に必要なトリチウム増殖材温
度は、トリチウムが熱運動でトリチウム増殖材の結晶格
子間から放出するのに適した放出最適温度４００℃〜10
00℃である。
【０００６】従来のブランケットにおいては、上記温度
範囲内にトリチウム増殖材温度を保つように、トリチウ
ムキャリアであるヘリウムガス（熱伝導率１.４２×１
０3Ｗ／ｍＫ）中に熱伝導率の低いアルゴンガス（熱伝
導率１.６３×１０2Ｗ／ｍＫ）を混入して、トリチウム
増殖領域内の有効熱伝達率を下げていた。その結果、放
出最適温度範囲のうち最低温度以下の温度になるトリチ
ウム増殖材領域を少なくしていた。
範囲内にトリチウム増殖材温度を保つように、トリチウ
ムキャリアであるヘリウムガス（熱伝導率１.４２×１
０3Ｗ／ｍＫ）中に熱伝導率の低いアルゴンガス（熱伝
導率１.６３×１０2Ｗ／ｍＫ）を混入して、トリチウム
増殖領域内の有効熱伝達率を下げていた。その結果、放
出最適温度範囲のうち最低温度以下の温度になるトリチ
ウム増殖材領域を少なくしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のように、アルゴ
ンガスをヘリウムガス中に混入して、トリチウム増殖材
温度を放出最適温度範囲に保つことには、次の点に問題
がある。
ンガスをヘリウムガス中に混入して、トリチウム増殖材
温度を放出最適温度範囲に保つことには、次の点に問題
がある。
【０００８】第１の問題は、トリチウムキャリアの熱伝
達率の低下により、放出最適温度範囲のうち最低温度以
下になるトリチウム増殖領域を少なくすることができる
が、トリチウム増殖材中の温度傾斜が大きくなるため
に、トリチウム増殖材中の最高温度の値が高くなり、上
記最高温度である１０００℃を越えてしまうことであ
る。
達率の低下により、放出最適温度範囲のうち最低温度以
下になるトリチウム増殖領域を少なくすることができる
が、トリチウム増殖材中の温度傾斜が大きくなるため
に、トリチウム増殖材中の最高温度の値が高くなり、上
記最高温度である１０００℃を越えてしまうことであ
る。
【０００９】第２の問題は、トリチウムキャリアとし
て、ヘリウムガスとアルゴンガスの２成分になるため
に、アルゴンガスとヘリウムガスを分離しなければなら
ないことである。ヘリウムガスからトリチウムを分離す
るには、次に示すプロセスを用いていた。
て、ヘリウムガスとアルゴンガスの２成分になるため
に、アルゴンガスとヘリウムガスを分離しなければなら
ないことである。ヘリウムガスからトリチウムを分離す
るには、次に示すプロセスを用いていた。
【００１０】(1）ヘリウムガスとトリチウムガスとの混
合ガスを触媒酸化反応塔へ流入して、トリチウムガス
（Ｔ2）をＴ2Ｏにまで酸化させる。触媒にはＣＯを用い
る。このため、トリチウムキャリア中には、ヘリウムガ
ス(Ｈｅ)，Ｔ2Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2が含まれている。
合ガスを触媒酸化反応塔へ流入して、トリチウムガス
（Ｔ2）をＴ2Ｏにまで酸化させる。触媒にはＣＯを用い
る。このため、トリチウムキャリア中には、ヘリウムガ
ス(Ｈｅ)，Ｔ2Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2が含まれている。
【００１１】(2）ＣＯ，ＣＯ2 その他の不純物は、液体
窒素温度の低温吸着トラップで吸着させて取り除く。
窒素温度の低温吸着トラップで吸着させて取り除く。
【００１２】(3）ＨｅとＴ2Ｏ の混合ガスを液体窒素冷
媒のコールドトラップでＴ2Ｏ を氷にし、Ｈｅと分離す
る。
媒のコールドトラップでＴ2Ｏ を氷にし、Ｈｅと分離す
る。
【００１３】(4）氷のＴ2Ｏ を昇化液化して、電気分解
セルで、Ｔ2 ガスに変換する。
セルで、Ｔ2 ガスに変換する。
【００１４】以上のような複雑、かつ、困難な技術に加
えてアルゴンガスが更にトリチウムキャリア中に混入す
ると、上記プロセスの他に、ヘリウムガスとアルゴンガ
スを分離する技術が必要となる。
えてアルゴンガスが更にトリチウムキャリア中に混入す
ると、上記プロセスの他に、ヘリウムガスとアルゴンガ
スを分離する技術が必要となる。
【００１５】また、ブランケットまでの配管系統が、ア
ルゴンガス系統分だけ増え、配管が更に複雑になる。
ルゴンガス系統分だけ増え、配管が更に複雑になる。
【００１６】更に、トリチウム増殖領域内に冷却用流路
を散在させているので、この冷却用流路を流れる水によ
り中性子は減速され、十分なトリチウム増殖比が得られ
ないという問題がある。
を散在させているので、この冷却用流路を流れる水によ
り中性子は減速され、十分なトリチウム増殖比が得られ
ないという問題がある。
【００１７】本発明の目的は、トリチウム増殖材の温度
をトリチウム生産の最適温度範囲に制御し、トリチウム
の生産，回収を効果的に行なうことのできるブランケッ
トを備えた核融合装置を提供することにある。
をトリチウム生産の最適温度範囲に制御し、トリチウム
の生産，回収を効果的に行なうことのできるブランケッ
トを備えた核融合装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ブランケット
内の各トリチウム増殖領域の温度が４００℃〜1000℃の
範囲に入るように、複数のトリチウム増殖材冷却用流路
を層状に構成すると共に、前記複数のトリチウム増殖領
域はプラズマに最も近い増殖領域の厚さを最小にして真
空容器壁側になるに従い大きくなるように構成したもの
である。 また、前記トリチウム増殖材冷却用流路の流路
抵抗が異なっているようにしたものである。
内の各トリチウム増殖領域の温度が４００℃〜1000℃の
範囲に入るように、複数のトリチウム増殖材冷却用流路
を層状に構成すると共に、前記複数のトリチウム増殖領
域はプラズマに最も近い増殖領域の厚さを最小にして真
空容器壁側になるに従い大きくなるように構成したもの
である。 また、前記トリチウム増殖材冷却用流路の流路
抵抗が異なっているようにしたものである。
【００１９】
【作用】トリチウム増殖領域内のトリチウム増殖材は、
プラズマからの中性子照射を受けてトリチウムを生産し
発熱反応を起こすので、プラズマに近いトリチウム増殖
領域ほど、核発熱量が多い。 トリチウム増殖領域の温度
は、トリチウム増殖領域の厚さと、冷却用材料の流量
と、トリチウムキャリアの流量に依存する。トリチウム
増殖領域の厚さが大きいほど、冷却用流路から離れるト
リチウム増殖領域の中心部の温度は高くなるので、トリ
チウム増殖領域の厚さを変えれば、層状に構成された複
数のトリチウム増殖材冷却用通路を流れる冷却用材料の
冷却効果も合わせて、トリチウム増殖領域の温度を制御
できる。 ブランケットの各トリチウム増殖領域の温度が
４００℃〜１０００℃の範囲に入るように、プラズマに
最も近い増殖領域の厚さを最小にして真空容器壁側にな
るのに従い各増殖領域の厚さを大きくすれば、層状に構
成された複数のトリチウム増殖材冷却用通路を流れる冷
却用材料の冷却効果と合わせて、トリチウム増殖領域内
のトリチウム増殖材をトリチウム生産の最適温度範囲で
ある４００℃〜１０００℃に維持できる。 また、プラズ
マに最も近い増殖領域の厚さを最小にして真空容器壁側
になるのに従い各増殖領域の厚さを大きくすると共に、
トリチウム増殖材冷却用流路の流路抵抗を異ならせて流
量を調整した冷却用材料の冷却効果によって、トリチウ
ム増殖領域の温度をトリチウム生産の最適温度範囲であ
る４００℃〜１０００℃に維持できる。トリチウムキャ
リアの流量を増やしても、トリチウム増殖領域の冷却を
増すことができる。
プラズマからの中性子照射を受けてトリチウムを生産し
発熱反応を起こすので、プラズマに近いトリチウム増殖
領域ほど、核発熱量が多い。 トリチウム増殖領域の温度
は、トリチウム増殖領域の厚さと、冷却用材料の流量
と、トリチウムキャリアの流量に依存する。トリチウム
増殖領域の厚さが大きいほど、冷却用流路から離れるト
リチウム増殖領域の中心部の温度は高くなるので、トリ
チウム増殖領域の厚さを変えれば、層状に構成された複
数のトリチウム増殖材冷却用通路を流れる冷却用材料の
冷却効果も合わせて、トリチウム増殖領域の温度を制御
できる。 ブランケットの各トリチウム増殖領域の温度が
４００℃〜１０００℃の範囲に入るように、プラズマに
最も近い増殖領域の厚さを最小にして真空容器壁側にな
るのに従い各増殖領域の厚さを大きくすれば、層状に構
成された複数のトリチウム増殖材冷却用通路を流れる冷
却用材料の冷却効果と合わせて、トリチウム増殖領域内
のトリチウム増殖材をトリチウム生産の最適温度範囲で
ある４００℃〜１０００℃に維持できる。 また、プラズ
マに最も近い増殖領域の厚さを最小にして真空容器壁側
になるのに従い各増殖領域の厚さを大きくすると共に、
トリチウム増殖材冷却用流路の流路抵抗を異ならせて流
量を調整した冷却用材料の冷却効果によって、トリチウ
ム増殖領域の温度をトリチウム生産の最適温度範囲であ
る４００℃〜１０００℃に維持できる。トリチウムキャ
リアの流量を増やしても、トリチウム増殖領域の冷却を
増すことができる。
【００２０】
【００２１】また、このときトリチウム増殖材冷却用流
路を層状に構成することによって、従来のトリチウム増
殖領域内に冷却用流路を散在させた場合に比べて、トリ
チウム増殖領域における水による中性子の減速がない
分、トリチウムを有効に生産でき、トリチウム増殖比を
向上することができる。従って、プラズマに近いトリチ
ウム増殖領域で所望の量のトリチウムを生産・回収でき
れば、これにより外側にあるトリチウム増殖領域は不要
となるので、ブランケットを小型化でき、引いては核融
合装置を小型化できることになる。
路を層状に構成することによって、従来のトリチウム増
殖領域内に冷却用流路を散在させた場合に比べて、トリ
チウム増殖領域における水による中性子の減速がない
分、トリチウムを有効に生産でき、トリチウム増殖比を
向上することができる。従って、プラズマに近いトリチ
ウム増殖領域で所望の量のトリチウムを生産・回収でき
れば、これにより外側にあるトリチウム増殖領域は不要
となるので、ブランケットを小型化でき、引いては核融
合装置を小型化できることになる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例によって説明する。図
１に、本発明の一実施例である核融合装置のブランケッ
トの概略図を示す。図１において、８はトリチウム増殖
領域で、本例では４つに分割してある。９は各トリチウ
ム増殖領域の冷却用流路、１０は冷却用材料例えば軽水
の流入口、１１は冷却用材料の流出口、１２はトリチウ
ムキャリア例えばヘリウムガスの流入口、１３はトリチ
ウムキャリアの流出口である。冷却用材料は、流入口１
０からブランケット容器内に入り、流路９を通って、核
発熱で発生した熱量を吸収して、流出口１１よりブラン
ケット容器の外に出る。トリチウムキャリアは、流入口
１２より各トリチウム増殖領域に入り、ポーラス状ある
いはペレット状等のトリチウム増殖材のすきまを通っ
て、トリチウム増殖材で生成されたトリチウムとの混入
ガスとなって流出口１３より、ブランケット容器の外に
出る。
１に、本発明の一実施例である核融合装置のブランケッ
トの概略図を示す。図１において、８はトリチウム増殖
領域で、本例では４つに分割してある。９は各トリチウ
ム増殖領域の冷却用流路、１０は冷却用材料例えば軽水
の流入口、１１は冷却用材料の流出口、１２はトリチウ
ムキャリア例えばヘリウムガスの流入口、１３はトリチ
ウムキャリアの流出口である。冷却用材料は、流入口１
０からブランケット容器内に入り、流路９を通って、核
発熱で発生した熱量を吸収して、流出口１１よりブラン
ケット容器の外に出る。トリチウムキャリアは、流入口
１２より各トリチウム増殖領域に入り、ポーラス状ある
いはペレット状等のトリチウム増殖材のすきまを通っ
て、トリチウム増殖材で生成されたトリチウムとの混入
ガスとなって流出口１３より、ブランケット容器の外に
出る。
【００２３】プラズマに近いトリチウム増殖領域ほど、
核発熱量が多い。従って、トリチウム増殖材温度を放出
最適温度範囲である４００℃〜１０００℃に保つための
構造を図３，図４に示す。図３は、図１の縦断面図であ
る。図３において、８はトリチウム増殖領域、９は冷却
用流路、１０は冷却材料の流入口、１２はトリチウムキ
ャリアの流出口である。トリチウム増殖領域８は、プラ
ズマに最も近い増殖領域の厚さを最小にして、真空容器
側になるのに従い増殖領域の厚さを大きくして、温度上
昇をある程度抑えている。このとき、トリチウム増殖材
の各領域の最低温度は、各領域の外側を取り囲むように
流れる冷却用材料の流量できまる。図３では、核発熱量
の多い、プラズマに近いトリチウム増殖領域では、それ
を取り囲む流量が多くなるように、流路幅を大きくし、
また、核発熱量が少ない、プラズマから遠く離れたトリ
チウム増殖領域ではそれを取り囲む流量が少なくなるよ
うに、流路幅をせまくしたブランケット構造を示す。
核発熱量が多い。従って、トリチウム増殖材温度を放出
最適温度範囲である４００℃〜１０００℃に保つための
構造を図３，図４に示す。図３は、図１の縦断面図であ
る。図３において、８はトリチウム増殖領域、９は冷却
用流路、１０は冷却材料の流入口、１２はトリチウムキ
ャリアの流出口である。トリチウム増殖領域８は、プラ
ズマに最も近い増殖領域の厚さを最小にして、真空容器
側になるのに従い増殖領域の厚さを大きくして、温度上
昇をある程度抑えている。このとき、トリチウム増殖材
の各領域の最低温度は、各領域の外側を取り囲むように
流れる冷却用材料の流量できまる。図３では、核発熱量
の多い、プラズマに近いトリチウム増殖領域では、それ
を取り囲む流量が多くなるように、流路幅を大きくし、
また、核発熱量が少ない、プラズマから遠く離れたトリ
チウム増殖領域ではそれを取り囲む流量が少なくなるよ
うに、流路幅をせまくしたブランケット構造を示す。
【００２４】図４は、図１の横断面図である。図４ａに
おいて、７はブランケット容器、８はトリチウム増殖領
域、９は冷却用流路、１０は冷却用材料の流入口、１２
はトリチウムキャリアの流出口、１４はオリフィスであ
る。本例では、オリフィスはトリチウムキャリアの流出
口側に設置してあるが、トリチウムキャリアの流入口側
に設置しても良い。トリチウム増殖領域８は、プラズマ
に最も近い増殖領域の厚さを最小にして、真空容器側に
なるのに従い増殖領域の厚さを大きくして、温度上昇を
ある程度抑えている。このとき、各トリチウム増殖領域
の最高温度は、トリチウムキャリアの流量に反比例す
る。一般的には核発熱量が多くなるプラズマに近いトリ
チウム増殖領域では、上記領域内での最高温度は、プラ
ズマから離れたトリチウム増殖領域内の最高温度より高
くなる。そこで、トリチウム増殖領域がプラズマに近く
なる程トリチウムキャリアの流量を多くして、各トリチ
ウム増殖領域の最高温度を１０００℃以下におさえる。
図４ｃは上記の場合を示し、トリチウム増殖領域がプラ
ズマに近くなる程、トリチウムキャリアの流量を多くす
るために、トリチウムキャリア管１５の各トリチウム増
殖領域への注入あるいは注出口にオリフィスを設置し、
オリフィスの厚さをプラズマに近くなる程薄くしたもの
を示す。すなわち、図４ｂにおいて、１はａ−ａ′断面
を、２はｂ−ｂ′断面を、３はｃ−ｃ′断面を、４はｄ
−ｄ′断面を示す。また図４ｃはｅ−ｅ′断面を示す。
おいて、７はブランケット容器、８はトリチウム増殖領
域、９は冷却用流路、１０は冷却用材料の流入口、１２
はトリチウムキャリアの流出口、１４はオリフィスであ
る。本例では、オリフィスはトリチウムキャリアの流出
口側に設置してあるが、トリチウムキャリアの流入口側
に設置しても良い。トリチウム増殖領域８は、プラズマ
に最も近い増殖領域の厚さを最小にして、真空容器側に
なるのに従い増殖領域の厚さを大きくして、温度上昇を
ある程度抑えている。このとき、各トリチウム増殖領域
の最高温度は、トリチウムキャリアの流量に反比例す
る。一般的には核発熱量が多くなるプラズマに近いトリ
チウム増殖領域では、上記領域内での最高温度は、プラ
ズマから離れたトリチウム増殖領域内の最高温度より高
くなる。そこで、トリチウム増殖領域がプラズマに近く
なる程トリチウムキャリアの流量を多くして、各トリチ
ウム増殖領域の最高温度を１０００℃以下におさえる。
図４ｃは上記の場合を示し、トリチウム増殖領域がプラ
ズマに近くなる程、トリチウムキャリアの流量を多くす
るために、トリチウムキャリア管１５の各トリチウム増
殖領域への注入あるいは注出口にオリフィスを設置し、
オリフィスの厚さをプラズマに近くなる程薄くしたもの
を示す。すなわち、図４ｂにおいて、１はａ−ａ′断面
を、２はｂ−ｂ′断面を、３はｃ−ｃ′断面を、４はｄ
−ｄ′断面を示す。また図４ｃはｅ−ｅ′断面を示す。
【００２５】図５に、図１に示したブランケット構造に
おける、トリチウム増殖領域の温度分布の１例を示す。
図５において、核融合出力４４０ＭＷブランケット幅５
０cm、冷却用材料として軽水、トリチウムキャリアとし
てヘリウムガス，トリチウム増殖材としてＬｉ2Ｏ ，ブ
ランケット容器，トリチウム増殖材のケース，冷却管，
トリチウムキャリア管共にＳＵＳの場合である。トリチ
ウム増殖材の温度分布を調節しない場合、領域１の最高
温度が８５５℃となり、各領域の内でもっとも高い。領
域４の最低温度は２１５℃で、各領域の内でもっとも低
い。このように、トリチウム増殖材の放出最適温度４０
０℃〜１０００℃の範囲に含まれない領域がある。従来
技術として、アルゴンガスをヘリウムガスに混入したト
リチウムキャリアを用いる場合、冷却用材料とトリチウ
ム増殖材との間を流れるトリチウムキャリアの熱伝達率
が小さくなるので、冷却用材料に最も近い所のトリチウ
ム増殖領域の温度は、トリチウムキャリアとしてヘリウ
ムガスのみを用いる場合に比べて高くなる。これに伴
い、各領域のトリチウム増殖材の最高温度が上がる。本
発明では、各領域のトリチウム増殖材の温度が放出最適
温度範囲内に入るように、従来の一率５mmの冷却用材料
流路幅を５mm，５mm，３.６mm，２.４mmに変更する。こ
れによって、各領域の最低温度を放出最適温度内にす
る。次に各領域（１〜４）のトリチウムキャリアの流量
をオリフィスで調節する。図５では、第３，第４領域の
最低温度を４００℃まで上げたために第３，第４領域の
最高温度が１０００℃近くまで高くなるので、トリチウ
ムキャリア流量を第３，第４領域共に１.２倍 にしたも
のである。この例では、第１，第２領域のトリチウムキ
ャリア注入，注出口にオリフィスを取り付けた。
おける、トリチウム増殖領域の温度分布の１例を示す。
図５において、核融合出力４４０ＭＷブランケット幅５
０cm、冷却用材料として軽水、トリチウムキャリアとし
てヘリウムガス，トリチウム増殖材としてＬｉ2Ｏ ，ブ
ランケット容器，トリチウム増殖材のケース，冷却管，
トリチウムキャリア管共にＳＵＳの場合である。トリチ
ウム増殖材の温度分布を調節しない場合、領域１の最高
温度が８５５℃となり、各領域の内でもっとも高い。領
域４の最低温度は２１５℃で、各領域の内でもっとも低
い。このように、トリチウム増殖材の放出最適温度４０
０℃〜１０００℃の範囲に含まれない領域がある。従来
技術として、アルゴンガスをヘリウムガスに混入したト
リチウムキャリアを用いる場合、冷却用材料とトリチウ
ム増殖材との間を流れるトリチウムキャリアの熱伝達率
が小さくなるので、冷却用材料に最も近い所のトリチウ
ム増殖領域の温度は、トリチウムキャリアとしてヘリウ
ムガスのみを用いる場合に比べて高くなる。これに伴
い、各領域のトリチウム増殖材の最高温度が上がる。本
発明では、各領域のトリチウム増殖材の温度が放出最適
温度範囲内に入るように、従来の一率５mmの冷却用材料
流路幅を５mm，５mm，３.６mm，２.４mmに変更する。こ
れによって、各領域の最低温度を放出最適温度内にす
る。次に各領域（１〜４）のトリチウムキャリアの流量
をオリフィスで調節する。図５では、第３，第４領域の
最低温度を４００℃まで上げたために第３，第４領域の
最高温度が１０００℃近くまで高くなるので、トリチウ
ムキャリア流量を第３，第４領域共に１.２倍 にしたも
のである。この例では、第１，第２領域のトリチウムキ
ャリア注入，注出口にオリフィスを取り付けた。
【００２６】トリチウムキャリアの流量について示す。
核融合出力４４０ＭＷの場合、冷却用材料とヘリウムガ
スの両者で冷却すべき熱量は３５２ＭＷである。ヘリウ
ムガスの流量でトリチウム増殖材温度をコントロールす
るには、上記３５２ＭＷの内の１０％である３５ＭＷ分
を調節して、上記トリチウム増殖材温度差を約１００℃
まで変動させる必要がある。トリチウムキャリアとし
て、例えばヘリウムガスを用いる場合その定圧比率Ｃは
Ｃ＝５.２ｊ／ｇＫ である。冷却用材料の温度差が、ブ
ランケットの入口と出口で５０℃の場合、トリチウムキ
ャリアのブランケットの入口と出口での温度差を５０℃
とする。ブランケット内に流すべきトリチウムキャリア
ガスの流量Ｘは、上記温度差をΔＴ(＝５０℃)熱量Ｗ
(＝３５ＭＷ)とすると、Ｘ＝Ｗ／Ｃ・ΔＴより、Ｘ＝１
４１kg／ｓである。
核融合出力４４０ＭＷの場合、冷却用材料とヘリウムガ
スの両者で冷却すべき熱量は３５２ＭＷである。ヘリウ
ムガスの流量でトリチウム増殖材温度をコントロールす
るには、上記３５２ＭＷの内の１０％である３５ＭＷ分
を調節して、上記トリチウム増殖材温度差を約１００℃
まで変動させる必要がある。トリチウムキャリアとし
て、例えばヘリウムガスを用いる場合その定圧比率Ｃは
Ｃ＝５.２ｊ／ｇＫ である。冷却用材料の温度差が、ブ
ランケットの入口と出口で５０℃の場合、トリチウムキ
ャリアのブランケットの入口と出口での温度差を５０℃
とする。ブランケット内に流すべきトリチウムキャリア
ガスの流量Ｘは、上記温度差をΔＴ(＝５０℃)熱量Ｗ
(＝３５ＭＷ)とすると、Ｘ＝Ｗ／Ｃ・ΔＴより、Ｘ＝１
４１kg／ｓである。
【００２７】以上の結果、トリチウム増殖材温度は放出
最適温度４００℃〜１０００℃内に保つことができる。
また、アルゴンガスを使用しないので、トリチウムキャ
リアから、アルゴンガスを分離する必要がなく、トリチ
ウム回収系が複雑にならない。
最適温度４００℃〜１０００℃内に保つことができる。
また、アルゴンガスを使用しないので、トリチウムキャ
リアから、アルゴンガスを分離する必要がなく、トリチ
ウム回収系が複雑にならない。
【００２８】以下、本発明の他の実施例を示す。図６，
図７は冷却用材料の流路幅の調節にスペーサーを使用し
た実施例である。図６，図７において、１６はスペーサ
ーである。この実施例では、各トリチウム増殖領域間の
冷却用材料の流路幅９は一定である。流路に設置するス
ペーサーの本数で冷却用材料の流量を調節する。トリチ
ウム増殖領域はプラズマに近い程、核発熱量が多いの
で、プラズマに近いトリチウム増殖領域間程、スペーサ
ーの数を少なくする。
図７は冷却用材料の流路幅の調節にスペーサーを使用し
た実施例である。図６，図７において、１６はスペーサ
ーである。この実施例では、各トリチウム増殖領域間の
冷却用材料の流路幅９は一定である。流路に設置するス
ペーサーの本数で冷却用材料の流量を調節する。トリチ
ウム増殖領域はプラズマに近い程、核発熱量が多いの
で、プラズマに近いトリチウム増殖領域間程、スペーサ
ーの数を少なくする。
【００２９】図８は、本発明の他の実施例である。図８
ａでは、トリチウムキャリアの流量を調節するために、
オリフィスを用いないで、トリチウムキャリア管の管径
を調節したものである。核発熱量が多くなるプラズマに
近いトリチウム増殖領域程、トリチウムキャリア管１５
のトリチウム増殖領域への注入あるいは注出口の管径を
ふとくしたブランケット構造である。図８ｂにおいて、
１はａ−ａ′断面を、２はｂ−ｂ′断面を、３はｃ−
ｃ′断面を、４はｄ−ｄ′断面を示す。
ａでは、トリチウムキャリアの流量を調節するために、
オリフィスを用いないで、トリチウムキャリア管の管径
を調節したものである。核発熱量が多くなるプラズマに
近いトリチウム増殖領域程、トリチウムキャリア管１５
のトリチウム増殖領域への注入あるいは注出口の管径を
ふとくしたブランケット構造である。図８ｂにおいて、
１はａ−ａ′断面を、２はｂ−ｂ′断面を、３はｃ−
ｃ′断面を、４はｄ−ｄ′断面を示す。
【００３０】図９は本発明の他の実施例である。図９に
おいて、７はブランケット容器、８はトリチウム増殖領
域、１０は冷却用材料のブランケットへの流入口、１１
は冷却用材料のブランケットからの流出口、１２はトリ
チウムキャリアのブランケットへの注入口、１３はトリ
チウムキャリアのブランケットからの注出口、１７は冷
却用材料の流路を管で構成したもの、１８は各トリチウ
ム増殖領域間の冷却用材料の流路を管で構成したもの、
１９はプラズマに面するブランケット壁である。
おいて、７はブランケット容器、８はトリチウム増殖領
域、１０は冷却用材料のブランケットへの流入口、１１
は冷却用材料のブランケットからの流出口、１２はトリ
チウムキャリアのブランケットへの注入口、１３はトリ
チウムキャリアのブランケットからの注出口、１７は冷
却用材料の流路を管で構成したもの、１８は各トリチウ
ム増殖領域間の冷却用材料の流路を管で構成したもの、
１９はプラズマに面するブランケット壁である。
【００３１】冷却用材料は、流入口１０からブランケッ
ト容器７内に入り、冷却管で構成された流路１７，１８
を流れて、核発熱で発生した熱量を吸収して、流出口１
１よりブランケット容器７の外へ出る。トリチウムキャ
リアは、注入口１２よりブランケット容器７内の各トリ
チウム増殖領域に入り、トリチウム増殖材のすきまを通
って、トリチウム増殖材から生成されたトリチウムとの
混合ガスとなって注出口１３は、ブランケット容器７の
外に出る。
ト容器７内に入り、冷却管で構成された流路１７，１８
を流れて、核発熱で発生した熱量を吸収して、流出口１
１よりブランケット容器７の外へ出る。トリチウムキャ
リアは、注入口１２よりブランケット容器７内の各トリ
チウム増殖領域に入り、トリチウム増殖材のすきまを通
って、トリチウム増殖材から生成されたトリチウムとの
混合ガスとなって注出口１３は、ブランケット容器７の
外に出る。
【００３２】本実施例では、冷却管を並べて、冷却用材
料の流路を形成して、ブランケット構造の強度を高めた
ものである。
料の流路を形成して、ブランケット構造の強度を高めた
ものである。
【００３３】各トリチウム増殖領域の最低温度は、各領
域を取り囲むように流れる冷却用材料の流量できまる。
トリチウム増殖材の温度をトリチウムの放出に適した４
００℃〜１０００℃に保つ必要がある。各トリチウム増
殖領域の最低温度を４００℃以上に保つために、核発熱
量の多い、プラズマに近いトリチウム増殖領域では、そ
れを取り囲む冷却用材料の流量が多くなるように、冷却
管１８の管径を太くし、また、核発熱量が少なく、プラ
ズマから遠くはなれたトリチウム増殖領域では、それを
取り囲む冷却用材料の流量が少なくなるように、冷却管
１８の管径をほそくする。この冷却管の管径の変化の仕
方は、図５のところで示した方法を用いる。
域を取り囲むように流れる冷却用材料の流量できまる。
トリチウム増殖材の温度をトリチウムの放出に適した４
００℃〜１０００℃に保つ必要がある。各トリチウム増
殖領域の最低温度を４００℃以上に保つために、核発熱
量の多い、プラズマに近いトリチウム増殖領域では、そ
れを取り囲む冷却用材料の流量が多くなるように、冷却
管１８の管径を太くし、また、核発熱量が少なく、プラ
ズマから遠くはなれたトリチウム増殖領域では、それを
取り囲む冷却用材料の流量が少なくなるように、冷却管
１８の管径をほそくする。この冷却管の管径の変化の仕
方は、図５のところで示した方法を用いる。
【００３４】各トリウム増殖領域の最高温度は、トリチ
ウムキャリアの流量に反比例する。トリチウム増殖材の
温度は上記の４００℃〜１０００℃に保つ必要がある。
各トリチウム増殖領域の最高温度を１０００℃以下にす
るために、トリチウム増殖領域がプラズマに近くなる
程、核発熱量が多く、上記領域の最高温度が、プラズマ
から遠く離れた領域の最高温度より一般的に高くなるの
で、トリチウムキャリアの流量を多く流す。例えば、図
４，図８に示した方法で、トリチウムキャリアの流量を
多領域で変化させる。
ウムキャリアの流量に反比例する。トリチウム増殖材の
温度は上記の４００℃〜１０００℃に保つ必要がある。
各トリチウム増殖領域の最高温度を１０００℃以下にす
るために、トリチウム増殖領域がプラズマに近くなる
程、核発熱量が多く、上記領域の最高温度が、プラズマ
から遠く離れた領域の最高温度より一般的に高くなるの
で、トリチウムキャリアの流量を多く流す。例えば、図
４，図８に示した方法で、トリチウムキャリアの流量を
多領域で変化させる。
【００３５】図１０は本発明の他の実施例である。図１
０において、７はブランケット容器，８はトリチウム増
殖領域、１０は冷却用材料のブランケットへの流入口、
１１は冷却用材料のブランケットからの流出口、１２は
トリチウムキャリアのブランケットへの注入口、１３は
トリチウムキャリアのブランケットからの注出口、１７
は冷却用材料の流路を管で構成したもの、１８は各トリ
チウム増殖領域間の冷却用材料の流路を管で構成したも
の、１９はプラズマに面したブランケット壁、２０は各
トリチウム増殖領域へのトリチウムキャリア注入口であ
る。注入口２０には、トリチウムキャリアの流量調節器
２１、例えば、トリチウム増殖材の温度に伴って流量を
変化させる、バイメタルで構成された流量調節器が設置
してある。
０において、７はブランケット容器，８はトリチウム増
殖領域、１０は冷却用材料のブランケットへの流入口、
１１は冷却用材料のブランケットからの流出口、１２は
トリチウムキャリアのブランケットへの注入口、１３は
トリチウムキャリアのブランケットからの注出口、１７
は冷却用材料の流路を管で構成したもの、１８は各トリ
チウム増殖領域間の冷却用材料の流路を管で構成したも
の、１９はプラズマに面したブランケット壁、２０は各
トリチウム増殖領域へのトリチウムキャリア注入口であ
る。注入口２０には、トリチウムキャリアの流量調節器
２１、例えば、トリチウム増殖材の温度に伴って流量を
変化させる、バイメタルで構成された流量調節器が設置
してある。
【００３６】冷却用材料は、流入口１０からブランケッ
ト容器７内に入り、冷却管で構成された流路１７，１８
を流れて、核発熱で発生した熱量を吸収して、流出口１
１よりブランケット容器７の外へ出る。トリチウムキャ
リアは、注入口１２よりブランケット容器内に入り、流
量調節器２０を通って各トリチウム増殖領域へ入る。上
記トリチウムキャリアは上記トリチウム増殖材のすきま
を通って、上記トリチウム増殖材で生成されたトリチウ
ムとの混合ガスとなって注出口１３より、ブランケット
の外に出る。
ト容器７内に入り、冷却管で構成された流路１７，１８
を流れて、核発熱で発生した熱量を吸収して、流出口１
１よりブランケット容器７の外へ出る。トリチウムキャ
リアは、注入口１２よりブランケット容器内に入り、流
量調節器２０を通って各トリチウム増殖領域へ入る。上
記トリチウムキャリアは上記トリチウム増殖材のすきま
を通って、上記トリチウム増殖材で生成されたトリチウ
ムとの混合ガスとなって注出口１３より、ブランケット
の外に出る。
【００３７】本実施例では、各トリチウム増殖領域に入
るトリチウムキャリアの流量を、トリチウム増殖材の温
度変化に伴って、変えるところに特徴がある。このトリ
チウムキャリア流量調節器２０は、各領域内でトリチウ
ム増殖材が最高温度になる所に設置される。例えば、流
量調節器２０を各トリチウム増殖領域のほぼ中央に設置
した場合、図１０に示すように、トリチウムキャリア注
出口１３は、上記トリチウム増殖領域内をトリチウムキ
ャリアが一様に流れるように、上記トリチウム増殖領域
内の２箇所に設置する。トリチウム増殖材の温度をトリ
チウムの放出に適した４００℃〜１０００℃に保つため
の、冷却用材料の流量及びトリチウムキャリアの流量を
調節するには、前述したいずれの方法も用いることがで
きる。
るトリチウムキャリアの流量を、トリチウム増殖材の温
度変化に伴って、変えるところに特徴がある。このトリ
チウムキャリア流量調節器２０は、各領域内でトリチウ
ム増殖材が最高温度になる所に設置される。例えば、流
量調節器２０を各トリチウム増殖領域のほぼ中央に設置
した場合、図１０に示すように、トリチウムキャリア注
出口１３は、上記トリチウム増殖領域内をトリチウムキ
ャリアが一様に流れるように、上記トリチウム増殖領域
内の２箇所に設置する。トリチウム増殖材の温度をトリ
チウムの放出に適した４００℃〜１０００℃に保つため
の、冷却用材料の流量及びトリチウムキャリアの流量を
調節するには、前述したいずれの方法も用いることがで
きる。
【００３８】本実施例では、トリチウム増殖材の温度変
化に伴って、トリチウムキャリアの流量を変化させるこ
とができるので、想定核融合出力が変動してブランケッ
トでの核発熱量が変化しても、トリチウムの放出に適し
た４００℃〜１０００℃にトリチウム増殖材の温度を保
つことができる。
化に伴って、トリチウムキャリアの流量を変化させるこ
とができるので、想定核融合出力が変動してブランケッ
トでの核発熱量が変化しても、トリチウムの放出に適し
た４００℃〜１０００℃にトリチウム増殖材の温度を保
つことができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、トリチウム増殖材の温
度をトリチウム生産の最適温度範囲内に確実に維持し、
トリチウム増殖比の向上でき、トリチウムの生産，回収
を効果的に行なうことのできるブランケットを備えた核
融合装置を提供することができる。
度をトリチウム生産の最適温度範囲内に確実に維持し、
トリチウム増殖比の向上でき、トリチウムの生産，回収
を効果的に行なうことのできるブランケットを備えた核
融合装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例である核融合装置のブランケ
ットの概略を示す図。
ットの概略を示す図。
【図２】核融合装置のポロイダル断面上半分を示す図。
【図３】本発明のブランケットの縦断面図。
【図４】本発明のブランケットの横断面図。
【図５】トリチウム増殖領域の温度分布を示す図。
【図６】本発明の他の実施例のブランケットの縦断面
図。
図。
【図７】本発明の他の実施例のブランケットの立体図。
【図８】本発明の他の実施例の横断面図。
【図９】本発明の他の実施例の立体図。
【図１０】本発明の他の実施例の立体図。
１…プラズマ、２…第１壁、３…ブランケット、４…遮
蔽体、５…トロイダルコイル、６…ポロイダルコイル、
７…ブランケット容器、８…トリチウム増殖領域、９…
トリチウム増殖材冷却用流路、１０…冷却用材料の流入
口、１１…冷却用材料の流出口、１２…トリチウムキャ
リアの注入口、１３…トリチウムキャリアの注出口、１
４…オリフィス、１５…トリチウムキャリア管、１６…
スペーサー、１７…冷却用材料の流路、１８…トリチウ
ム増殖領域間の冷却用材料の流路、１９…プラズマに面
したブランケット壁、２０…各トリチウム増殖領域への
トリチウムキャリア注入口、２１…トリチウムキャリア
の流量調節器。
蔽体、５…トロイダルコイル、６…ポロイダルコイル、
７…ブランケット容器、８…トリチウム増殖領域、９…
トリチウム増殖材冷却用流路、１０…冷却用材料の流入
口、１１…冷却用材料の流出口、１２…トリチウムキャ
リアの注入口、１３…トリチウムキャリアの注出口、１
４…オリフィス、１５…トリチウムキャリア管、１６…
スペーサー、１７…冷却用材料の流路、１８…トリチウ
ム増殖領域間の冷却用材料の流路、１９…プラズマに面
したブランケット壁、２０…各トリチウム増殖領域への
トリチウムキャリア注入口、２１…トリチウムキャリア
の流量調節器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 ＡＮＬ／ＦＰＰ−80−１、ＳＴＡＲＦＩ ＲＥ−Ａ ＣＯＭＭＥＲＣＩＡＬ ＴＯＫ ＡＭＡＫ ＦＵＳＩＯＮ ＰＯＷＥＲ Ｐ ＬＡＮＴ ＳＴＵＤＹ「1980年９月発行) Ｐ．10−５〜10−６、及び、10−247〜10 −249
Claims (2)
- 【請求項１】 プラズマの外側を取り囲むように配置さ
れ、複数のトリチウム増殖材冷却用通路で分割された複
数のトリチウム増殖領域を有するブランケットを具備す
る核融合装置において、 前記ブランケットの各トリチウム増殖領域の温度が４０
０℃〜１０００℃の範囲に入るように、 前記複数のトリチウム増殖材冷却用通路を層状に構成す
ると共に、前記複数のトリチウム増殖領域の厚さはプラ
ズマに最も近い増殖領域で最小にして真空容器壁側にな
るのに従い大きくなっていることを特徴とする核融合装
置。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記各トリチウム増殖材冷却用流路の流路抵抗が異なっ
ていることを特徴とする核融合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4153295A JPH0820532B2 (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 核融合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4153295A JPH0820532B2 (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 核融合装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58187049A Division JPS6079287A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | 核融合装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05172972A JPH05172972A (ja) | 1993-07-13 |
| JPH0820532B2 true JPH0820532B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=15559354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4153295A Expired - Lifetime JPH0820532B2 (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 核融合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820532B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104021819A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-09-03 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种用于氦冷固态氚增殖包层增殖单元的冷却及提氚回路设计 |
-
1992
- 1992-06-12 JP JP4153295A patent/JPH0820532B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＡＮＬ／ＦＰＰ−８０−１、ＳＴＡＲＦＩＲＥ−ＡＣＯＭＭＥＲＣＩＡＬＴＯＫＡＭＡＫＦＵＳＩＯＮＰＯＷＥＲＰＬＡＮＴＳＴＵＤＹ「１９８０年９月発行）Ｐ．１０−５〜１０−６、及び、１０−２４７〜１０−２４９ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104021819A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-09-03 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种用于氦冷固态氚增殖包层增殖单元的冷却及提氚回路设计 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05172972A (ja) | 1993-07-13 |
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