JPH1114777A - 核融合実験炉用熱シールド装置 - Google Patents
核融合実験炉用熱シールド装置Info
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- JPH1114777A JPH1114777A JP9162285A JP16228597A JPH1114777A JP H1114777 A JPH1114777 A JP H1114777A JP 9162285 A JP9162285 A JP 9162285A JP 16228597 A JP16228597 A JP 16228597A JP H1114777 A JPH1114777 A JP H1114777A
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- heat
- cryostat
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- 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
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高放射線環境に耐える高い耐放射線性能を有
し、熱収縮により過大な内部応力を発生させることな
く、安定した高い断熱性能を長期間にわたって保持で
き、かつ運転開始後に部分的な交換等のメンテナンスが
できる核融合実験炉用熱シールド装置を提供する。 【解決手段】 クライオスタット１の内面に互いに隙間
を隔てて着脱自在に取付けられる複数の熱シールドユニ
ット２０と、熱シールドユニットの周辺に着脱自在に取
付けられ隣接する熱シールドユニット間の前記隙間を覆
うカバー板１２と、熱シールドユニットを所定の温度に
冷却する冷却装置１４とからなり、この冷却装置は、熱
シールドユニットに取付けられ冷媒が流れる冷却管１５
と、冷却管を隣接する熱シールドユニットの冷却管と連
結する着脱自在な接続連結具１６とを有する。更に熱シ
ールドユニット、カバー板及び冷却装置は、それぞれ熱
収縮可能に構成されている。
し、熱収縮により過大な内部応力を発生させることな
く、安定した高い断熱性能を長期間にわたって保持で
き、かつ運転開始後に部分的な交換等のメンテナンスが
できる核融合実験炉用熱シールド装置を提供する。 【解決手段】 クライオスタット１の内面に互いに隙間
を隔てて着脱自在に取付けられる複数の熱シールドユニ
ット２０と、熱シールドユニットの周辺に着脱自在に取
付けられ隣接する熱シールドユニット間の前記隙間を覆
うカバー板１２と、熱シールドユニットを所定の温度に
冷却する冷却装置１４とからなり、この冷却装置は、熱
シールドユニットに取付けられ冷媒が流れる冷却管１５
と、冷却管を隣接する熱シールドユニットの冷却管と連
結する着脱自在な接続連結具１６とを有する。更に熱シ
ールドユニット、カバー板及び冷却装置は、それぞれ熱
収縮可能に構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、核融合実験炉用の
熱シールド装置に関する。
熱シールド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】人類の恒久的エネルギー源を確保するた
めに、核融合発電炉の実用化が目指されており、その実
証のためにトカマク型の核融合実験炉の開発が、日本、
米国、欧州連合（ＥＵ）及びロシアの国際協力により計
画されている。図６は、熱核融合実験炉の炉心の概念
図、図７とその部分断面図である。この実験炉は、臨界
プラズマ条件の確立、自己着火条件の実現等を目標とし
ている。なお、トカマクとは、プラズマ閉じ込め用磁場
形式の１つであり、図８に示すように、コイル（電磁
石）を円形に並べて、その内部にドーナツ形をした磁場
を作り、プラズマに電流を流すことにより閉じ込めとプ
ラズマの加熱を同時に行う特徴があり、現在最も進んだ
プラズマ閉じ込め方式と考えられている。
めに、核融合発電炉の実用化が目指されており、その実
証のためにトカマク型の核融合実験炉の開発が、日本、
米国、欧州連合（ＥＵ）及びロシアの国際協力により計
画されている。図６は、熱核融合実験炉の炉心の概念
図、図７とその部分断面図である。この実験炉は、臨界
プラズマ条件の確立、自己着火条件の実現等を目標とし
ている。なお、トカマクとは、プラズマ閉じ込め用磁場
形式の１つであり、図８に示すように、コイル（電磁
石）を円形に並べて、その内部にドーナツ形をした磁場
を作り、プラズマに電流を流すことにより閉じ込めとプ
ラズマの加熱を同時に行う特徴があり、現在最も進んだ
プラズマ閉じ込め方式と考えられている。
【０００３】上述した核融合実験炉は、断熱真空容器
（クライオスタットと呼ぶ）内に格納されて運転する。
また、図６，７に示すように、プラズマ閉じ込め用に超
伝導コイルが用いられるため、クライオスタットから超
伝導コイルへの輻射伝熱を大幅に低減する必要がある。
そのため、図９に示すような熱シールドが従来から用い
られている。
（クライオスタットと呼ぶ）内に格納されて運転する。
また、図６，７に示すように、プラズマ閉じ込め用に超
伝導コイルが用いられるため、クライオスタットから超
伝導コイルへの輻射伝熱を大幅に低減する必要がある。
そのため、図９に示すような熱シールドが従来から用い
られている。
【０００４】図９において、（Ａ）は熱シールドがない
場合、（Ｂ）は熱シールドがある場合を模式的に示して
いる。一例では、クライオスタット１、超伝導コイル２
及び熱シールド３の温度をそれぞれ、３００Ｋ（約２７
℃）、４．２Ｋ（液体ヘリウムの沸点）、８０Ｋとする
と、熱シールドがない場合（Ａ）の超伝導コイル２への
輻射伝熱量は、概算で約５０Ｗ／ｍ2 であり、熱シール
ドがある場合（Ｂ）には、概算で約０．２５Ｗ／ｍ2 で
ある。すなわち、熱シールドを用いることにより、超伝
導コイル２への輻射による入熱を約２００分の１に低減
することができる。
場合、（Ｂ）は熱シールドがある場合を模式的に示して
いる。一例では、クライオスタット１、超伝導コイル２
及び熱シールド３の温度をそれぞれ、３００Ｋ（約２７
℃）、４．２Ｋ（液体ヘリウムの沸点）、８０Ｋとする
と、熱シールドがない場合（Ａ）の超伝導コイル２への
輻射伝熱量は、概算で約５０Ｗ／ｍ2 であり、熱シール
ドがある場合（Ｂ）には、概算で約０．２５Ｗ／ｍ2 で
ある。すなわち、熱シールドを用いることにより、超伝
導コイル２への輻射による入熱を約２００分の１に低減
することができる。
【０００５】図１０は、真空中での熱シールドとして一
般的に用いられている真空多層断熱の構造図である。こ
の図に示すように、真空多層断熱構造４は、放射シール
ド材５と、層間接触を妨げるスペーサ６とで構成され
る。放射シールド材５には、アルミ蒸着さたポリエステ
ルフィルムやアルミ箔が用いられ、スペーサ６には、熱
伝導の悪いナイロンネット、ガラス繊維布、紙などが用
いられる。
般的に用いられている真空多層断熱の構造図である。こ
の図に示すように、真空多層断熱構造４は、放射シール
ド材５と、層間接触を妨げるスペーサ６とで構成され
る。放射シールド材５には、アルミ蒸着さたポリエステ
ルフィルムやアルミ箔が用いられ、スペーサ６には、熱
伝導の悪いナイロンネット、ガラス繊維布、紙などが用
いられる。
【０００６】すなわち、従来のクライオスタットの熱シ
ールドとしては８０Ｋ程度に強制冷却された金属板と、
その高温面に両面をアルミ蒸着したポリステルフィルム
を、ナイロンやポリステルのネット或いはガラス繊維の
紙などのスペースと交互に多層積層して、多層断熱材を
設置するタイプが一般的であった。
ールドとしては８０Ｋ程度に強制冷却された金属板と、
その高温面に両面をアルミ蒸着したポリステルフィルム
を、ナイロンやポリステルのネット或いはガラス繊維の
紙などのスペースと交互に多層積層して、多層断熱材を
設置するタイプが一般的であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した核融合実験炉
においては、中性子やγ線等の強い放射線環境下に熱
シールドが設置されるため、熱シールドを構成するポリ
エステル等の有機材料が短期間に劣化する問題点があ
る。また、熱シールドの性能が放射シールド材の施工
の良否（すなわち熟練度）に大きく左右され、安定した
性能が得にくい問題点がある。更に従来の熱シールドで
は、シールド板に蒸着フィルムとスペーサを一体で巻
きつけていくという施工法が多く用いられるため、核融
合実験炉の運転開始後には、例えば部分的な交換等が必
要になっても、内部が高放射線環境となっているため遠
隔からのメンテナンスが全くできない問題点がある。
においては、中性子やγ線等の強い放射線環境下に熱
シールドが設置されるため、熱シールドを構成するポリ
エステル等の有機材料が短期間に劣化する問題点があ
る。また、熱シールドの性能が放射シールド材の施工
の良否（すなわち熟練度）に大きく左右され、安定した
性能が得にくい問題点がある。更に従来の熱シールドで
は、シールド板に蒸着フィルムとスペーサを一体で巻
きつけていくという施工法が多く用いられるため、核融
合実験炉の運転開始後には、例えば部分的な交換等が必
要になっても、内部が高放射線環境となっているため遠
隔からのメンテナンスが全くできない問題点がある。
【０００８】言い換えれば、核融合実験炉のクライオス
タット内に設置する熱シールドは、従来の熱シールドに
比べてはるかに大型（直径約３０ｍ）であるため、高
放射線環境に耐える耐放射線性能、安定した性能が長
期にわたり得られる信頼性、運転開始後のメンテナン
スが可能な遠隔保守性、等が要望されていた。更に、か
かる熱シールドは、運転時には極低温（例えば８０Ｋ）
に保持されるが、組立時や停止時には、常温（約３００
Ｋ）となり、運転時の熱収縮により部材間に隙間等が生
じて断熱性能が低下しやすく、逆に熱収縮を防止すると
過大な内部応力が発生しやすい問題点がある。
タット内に設置する熱シールドは、従来の熱シールドに
比べてはるかに大型（直径約３０ｍ）であるため、高
放射線環境に耐える耐放射線性能、安定した性能が長
期にわたり得られる信頼性、運転開始後のメンテナン
スが可能な遠隔保守性、等が要望されていた。更に、か
かる熱シールドは、運転時には極低温（例えば８０Ｋ）
に保持されるが、組立時や停止時には、常温（約３００
Ｋ）となり、運転時の熱収縮により部材間に隙間等が生
じて断熱性能が低下しやすく、逆に熱収縮を防止すると
過大な内部応力が発生しやすい問題点がある。
【０００９】本発明は上述した問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高
放射線環境に耐える高い耐放射線性能を有し、熱収縮に
より過大な内部応力を発生させることなく、安定した高
い断熱性能を長期間にわたって保持でき、かつ運転開始
後に部分的な交換等のメンテナンスができる核融合実験
炉用熱シールド装置を提供することにある。
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高
放射線環境に耐える高い耐放射線性能を有し、熱収縮に
より過大な内部応力を発生させることなく、安定した高
い断熱性能を長期間にわたって保持でき、かつ運転開始
後に部分的な交換等のメンテナンスができる核融合実験
炉用熱シールド装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、核融合
実験炉のクライオスタット内に設けられる熱シールド装
置であって、クライオスタット内面に互いに所定の隙間
を隔てて着脱自在に取付けられる複数の熱シールドユニ
ットと、熱シールドユニットの周辺に着脱自在に取付け
られ隣接する熱シールドユニット間の前記隙間を覆うカ
バー板と、熱シールドユニットを所定の温度に冷却する
冷却装置とからなり、該冷却装置は、熱シールドユニッ
トに取付けられ冷媒が流れる冷却管と、該冷却管を隣接
する熱シールドユニットの冷却管と連結する着脱自在な
接続連結具とを有し、更に前記熱シールドユニット、カ
バー板及び冷却装置は、それぞれ熱収縮可能に構成され
ている、ことを特徴とする核融合実験炉用熱シールド装
置が提供される。
実験炉のクライオスタット内に設けられる熱シールド装
置であって、クライオスタット内面に互いに所定の隙間
を隔てて着脱自在に取付けられる複数の熱シールドユニ
ットと、熱シールドユニットの周辺に着脱自在に取付け
られ隣接する熱シールドユニット間の前記隙間を覆うカ
バー板と、熱シールドユニットを所定の温度に冷却する
冷却装置とからなり、該冷却装置は、熱シールドユニッ
トに取付けられ冷媒が流れる冷却管と、該冷却管を隣接
する熱シールドユニットの冷却管と連結する着脱自在な
接続連結具とを有し、更に前記熱シールドユニット、カ
バー板及び冷却装置は、それぞれ熱収縮可能に構成され
ている、ことを特徴とする核融合実験炉用熱シールド装
置が提供される。
【００１１】上記本発明の構成によれば、熱シールド装
置が、熱シールドユニット、カバー板及び冷却装置から
なり、熱シールドユニットはクライオスタット内面に、
カバー板は熱シールド板の周辺に、それぞれ着脱自在に
取付けられており、冷却装置の接続連結具も着脱自在で
あるので、まず冷却管の接続連結具を分離させ、カバー
板を外することにより、個々の熱シールドユニットを取
り外すことができる。従って、これらの着脱を遠隔操作
できるようにしておくことで、運転開始後に部分的な交
換等のメンテナンスを遠隔操作により行うことができ
る。言い換えれば、熱シールド装置を、例えば１ｍ×４
ｍの熱シールドユニットを最小単位とし、このユニット
毎に多層断熱材を施工しかつクライオスタットからのサ
ポートもこのユニット毎にすることにより、遠隔による
脱着が容易となる。
置が、熱シールドユニット、カバー板及び冷却装置から
なり、熱シールドユニットはクライオスタット内面に、
カバー板は熱シールド板の周辺に、それぞれ着脱自在に
取付けられており、冷却装置の接続連結具も着脱自在で
あるので、まず冷却管の接続連結具を分離させ、カバー
板を外することにより、個々の熱シールドユニットを取
り外すことができる。従って、これらの着脱を遠隔操作
できるようにしておくことで、運転開始後に部分的な交
換等のメンテナンスを遠隔操作により行うことができ
る。言い換えれば、熱シールド装置を、例えば１ｍ×４
ｍの熱シールドユニットを最小単位とし、このユニット
毎に多層断熱材を施工しかつクライオスタットからのサ
ポートもこのユニット毎にすることにより、遠隔による
脱着が容易となる。
【００１２】また、熱シールド装置を構成する熱シール
ドユニット、カバー板及び冷却装置がそれぞれ熱収縮可
能に構成されているので、熱収縮により過大な内部応力
を発生させるおそれがない。
ドユニット、カバー板及び冷却装置がそれぞれ熱収縮可
能に構成されているので、熱収縮により過大な内部応力
を発生させるおそれがない。
【００１３】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
熱シールドユニットは、超伝導コイル側に位置し前記冷
却管が直接取付られる熱シールド板と、クライオスタッ
ト側に位置する多層反射板とからなり、該多層反射板
は、間隔を隔てて位置する複数の反射板と、該反射板の
間隔を保持する複数のサポート具とからなる。また、前
記反射板は、両面にアルミ蒸着したステンレス薄板であ
る。更に、前記サポート具は、クライオスタット側端部
に位置する端面反射板の中央部と熱シールド板の中央部
とをそれぞれ熱収縮可能に連結する単一の中央連結具
と、そのまわりに所定の間隔を隔てて複数設置され端面
反射板と熱シールド板の間に位置する複数の中間反射板
の間隔を保持する保持連結具とからなる。
熱シールドユニットは、超伝導コイル側に位置し前記冷
却管が直接取付られる熱シールド板と、クライオスタッ
ト側に位置する多層反射板とからなり、該多層反射板
は、間隔を隔てて位置する複数の反射板と、該反射板の
間隔を保持する複数のサポート具とからなる。また、前
記反射板は、両面にアルミ蒸着したステンレス薄板であ
る。更に、前記サポート具は、クライオスタット側端部
に位置する端面反射板の中央部と熱シールド板の中央部
とをそれぞれ熱収縮可能に連結する単一の中央連結具
と、そのまわりに所定の間隔を隔てて複数設置され端面
反射板と熱シールド板の間に位置する複数の中間反射板
の間隔を保持する保持連結具とからなる。
【００１４】この構成によれば、反射板に金属（ステン
レス薄板）を採用することで、放射線劣化の問題を解消
でき、高放射線環境に耐える高い耐放射線性能を得るこ
とができる。また、ステンレス薄板の輻射率を下げるた
めにその両面にアルミニウムをコーティングしたので、
高い断熱性能を発揮することができる。更に、多層反射
板を適当なピッチで設けるサポート（例えばチタン合金
製）により支持及び層間スペースの確保を行うことによ
り、スペーサを不要にし、これにより、高い耐放射線性
能を保持したまま、施工性（熟練度）に左右されない安
定した断熱性能を長期間にわたって保持できる。
レス薄板）を採用することで、放射線劣化の問題を解消
でき、高放射線環境に耐える高い耐放射線性能を得るこ
とができる。また、ステンレス薄板の輻射率を下げるた
めにその両面にアルミニウムをコーティングしたので、
高い断熱性能を発揮することができる。更に、多層反射
板を適当なピッチで設けるサポート（例えばチタン合金
製）により支持及び層間スペースの確保を行うことによ
り、スペーサを不要にし、これにより、高い耐放射線性
能を保持したまま、施工性（熟練度）に左右されない安
定した断熱性能を長期間にわたって保持できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本
発明による熱シールド装置の構成図である。この図にお
いて、（Ａ）は、クライオスタット１の内面からみた熱
シールド装置、（Ｂ）はその側面図を示している。図１
において、本発明の核融合実験炉用熱シールド装置１０
は、クライオスタット１の内面に互いに所定の隙間を隔
てて着脱自在に取付けられる複数の熱シールドユニット
２０と、熱シールドユニット２０の周辺に着脱自在に取
付けられ隣接する熱シールドユニット間の隙間を覆うカ
バー板１２と、熱シールドユニット１２を所定の温度に
冷却する冷却装置１４とからなる。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本
発明による熱シールド装置の構成図である。この図にお
いて、（Ａ）は、クライオスタット１の内面からみた熱
シールド装置、（Ｂ）はその側面図を示している。図１
において、本発明の核融合実験炉用熱シールド装置１０
は、クライオスタット１の内面に互いに所定の隙間を隔
てて着脱自在に取付けられる複数の熱シールドユニット
２０と、熱シールドユニット２０の周辺に着脱自在に取
付けられ隣接する熱シールドユニット間の隙間を覆うカ
バー板１２と、熱シールドユニット１２を所定の温度に
冷却する冷却装置１４とからなる。
【００１６】熱シールドユニット２０は、例えば幅約１
ｍ×高さ約４ｍを最少単位として構成され、複数の熱シ
ールドユニット２０を隣接してクライオスタット１の内
面に取り付けることにより、クライオスタット１の内面
全体を覆うようになっている。なお、熱シールドユニッ
ト２０の形状は矩形に限定されず、例えば台形、多角形
でも良く、クライオスタット１の内面を覆うために、自
由に変形させることができる。
ｍ×高さ約４ｍを最少単位として構成され、複数の熱シ
ールドユニット２０を隣接してクライオスタット１の内
面に取り付けることにより、クライオスタット１の内面
全体を覆うようになっている。なお、熱シールドユニッ
ト２０の形状は矩形に限定されず、例えば台形、多角形
でも良く、クライオスタット１の内面を覆うために、自
由に変形させることができる。
【００１７】熱シールドユニット２０の取付けは通常常
温下で行われ、その際には、運転温度（約８０Ｋ）に比
べて、幅方向（周方向）で約３．５ｍｍ、高さ方向（軸
方向）で約１４ｍｍ熱膨張している。従って、組み立て
時（約３００Ｋ）に、図１（Ａ）に示すように互いに所
定の隙間を隔てて取付けると、運転時（約８０Ｋ）には
更にその隙間が大きくなる。カバー板１２は、この隙間
を覆い、この隙間を通しての熱輻射を低減するために取
付けられるもので、後述するように、隣接する熱シール
ドユニット２０の一方にのみ取付けられ、熱シールドユ
ニット２０の自由な熱収縮を阻害することなく、その隙
間の内側に位置して熱輻射を低減するようになってい
る。
温下で行われ、その際には、運転温度（約８０Ｋ）に比
べて、幅方向（周方向）で約３．５ｍｍ、高さ方向（軸
方向）で約１４ｍｍ熱膨張している。従って、組み立て
時（約３００Ｋ）に、図１（Ａ）に示すように互いに所
定の隙間を隔てて取付けると、運転時（約８０Ｋ）には
更にその隙間が大きくなる。カバー板１２は、この隙間
を覆い、この隙間を通しての熱輻射を低減するために取
付けられるもので、後述するように、隣接する熱シール
ドユニット２０の一方にのみ取付けられ、熱シールドユ
ニット２０の自由な熱収縮を阻害することなく、その隙
間の内側に位置して熱輻射を低減するようになってい
る。
【００１８】図１において、冷却装置１４は、熱シール
ドユニット２０に取付けられ、冷媒が流れる冷却管１５
と、冷却管１５を隣接する熱シールドユニットの冷却管
と連結する着脱自在な接続連結具１６とからなる。冷却
管１５は、熱シールドユニット２０の内面を構成する熱
シールド板２２に直接取付られている。この冷却管１５
を流れる冷媒には、例えば、超伝導コイル（図示せず）
を冷却して蒸発したヘリウムガス、或いは液体窒素等を
用いることができる。接続連結具１６は例えばベローズ
を備えたクイックジョントであり、遠隔からの着脱が可
能であり、かつ熱シールドユニット２０の熱収縮（又は
熱膨張）に追従して熱収縮できるようになっている。
ドユニット２０に取付けられ、冷媒が流れる冷却管１５
と、冷却管１５を隣接する熱シールドユニットの冷却管
と連結する着脱自在な接続連結具１６とからなる。冷却
管１５は、熱シールドユニット２０の内面を構成する熱
シールド板２２に直接取付られている。この冷却管１５
を流れる冷媒には、例えば、超伝導コイル（図示せず）
を冷却して蒸発したヘリウムガス、或いは液体窒素等を
用いることができる。接続連結具１６は例えばベローズ
を備えたクイックジョントであり、遠隔からの着脱が可
能であり、かつ熱シールドユニット２０の熱収縮（又は
熱膨張）に追従して熱収縮できるようになっている。
【００１９】上述した構成により、まず冷却管１５の接
続連結具１６を分離させ、カバー板１２を外することに
より、個々の熱シールドユニット２０を取り外すことが
できる。従って、これらの着脱を遠隔操作できるように
しておくことで、運転開始後に部分的な交換等のメンテ
ナンスを遠隔操作により行うことができる。
続連結具１６を分離させ、カバー板１２を外することに
より、個々の熱シールドユニット２０を取り外すことが
できる。従って、これらの着脱を遠隔操作できるように
しておくことで、運転開始後に部分的な交換等のメンテ
ナンスを遠隔操作により行うことができる。
【００２０】図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図と
その部分拡大図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線におけ
る断面図とその部分拡大図である。また、図２及び図３
において、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部拡大図、（Ｃ）は
（Ｂ）のＣ−Ｃ線による側面断面図である。図２（Ａ）
及び図３（Ａ）に示すように、熱シールドユニット２０
は、超伝導コイル側（この図の下側）に位置し、冷却管
１５が直接取付られる熱シールド板２２と、クライオス
タット側１に位置する多層反射板２４とからなる。ま
た、熱シールド板２２は、上下４つのサポート２５、２
６により、クライオスタット側１に取付られている。
その部分拡大図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線におけ
る断面図とその部分拡大図である。また、図２及び図３
において、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部拡大図、（Ｃ）は
（Ｂ）のＣ−Ｃ線による側面断面図である。図２（Ａ）
及び図３（Ａ）に示すように、熱シールドユニット２０
は、超伝導コイル側（この図の下側）に位置し、冷却管
１５が直接取付られる熱シールド板２２と、クライオス
タット側１に位置する多層反射板２４とからなる。ま
た、熱シールド板２２は、上下４つのサポート２５、２
６により、クライオスタット側１に取付られている。
【００２１】図２（Ｂ）（Ｃ）に示す２つの上部サポー
ト２５は、熱シールドユニット２０の全重量（例えば約
４００ｋｇ）を支持するように上下方向の剛性が大き
く、かつ熱収縮に伴う幅方向の動き（約１５ｍｍ）に追
従できるように幅方向の剛性が小さくなっている。その
ため、本実施例では、上下方向に延びた平板状の連結部
２５ａを介して熱シールド板２２とクライオスタット側
１を連結している。
ト２５は、熱シールドユニット２０の全重量（例えば約
４００ｋｇ）を支持するように上下方向の剛性が大き
く、かつ熱収縮に伴う幅方向の動き（約１５ｍｍ）に追
従できるように幅方向の剛性が小さくなっている。その
ため、本実施例では、上下方向に延びた平板状の連結部
２５ａを介して熱シールド板２２とクライオスタット側
１を連結している。
【００２２】また、図３（Ｂ）（Ｃ）に示す２つの下部
サポート２６は、熱シールドユニット２０の重量は支持
せず、熱シールドユニット２０とクライオスタット１と
の間隔を保持する役割をになっており、クライオスタッ
ト１との連結部がピン接合されている。更に、上部サポ
ート２５及び下部サポート２６は、いずれも高強度で熱
伝導率の低いチタン合金で構成されている。
サポート２６は、熱シールドユニット２０の重量は支持
せず、熱シールドユニット２０とクライオスタット１と
の間隔を保持する役割をになっており、クライオスタッ
ト１との連結部がピン接合されている。更に、上部サポ
ート２５及び下部サポート２６は、いずれも高強度で熱
伝導率の低いチタン合金で構成されている。
【００２３】上述した構成により、各サポート２５、２
６からの伝熱を低く抑えると同時に、熱シールドユニッ
トの自由な熱収縮（熱膨張）を可能にし、過大な内部応
力の発生を防止することができる。
６からの伝熱を低く抑えると同時に、熱シールドユニッ
トの自由な熱収縮（熱膨張）を可能にし、過大な内部応
力の発生を防止することができる。
【００２４】また、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すよ
うに、カバー板１２が、熱シールドユニット２０の周辺
に着脱自在に取付けられ隣接する熱シールドユニット間
の隙間を覆うようになっており、上述したように、熱シ
ールドユニット２０の自由な熱収縮を阻害することな
く、その隙間の内側に位置して熱輻射を低減するように
なっている。
うに、カバー板１２が、熱シールドユニット２０の周辺
に着脱自在に取付けられ隣接する熱シールドユニット間
の隙間を覆うようになっており、上述したように、熱シ
ールドユニット２０の自由な熱収縮を阻害することな
く、その隙間の内側に位置して熱輻射を低減するように
なっている。
【００２５】図４は、図１の熱シールド装置の背面図で
あり、図５は、図４のＣ−Ｃ線における部分断面図
（Ａ）とそのＢ部の部分拡大図である。図４に示すよう
に、全体として例えば幅約１ｍ×高さ約４ｍを最少単位
とする熱シールドユニット２０を構成する多層反射板２
４は、例えば約１ｍ×１ｍのほぼ正方形のセグメントか
らなる。図５（Ａ）に示すように、多層反射板２４は、
間隔を隔てて位置する複数の反射板２４ａ，２４ｂと、
反射板の間隔を保持する複数のサポート具２７とからな
る。また、サポート具２７は、単一の中央連結具２８と
複数の保持連結具２９とからなる。
あり、図５は、図４のＣ−Ｃ線における部分断面図
（Ａ）とそのＢ部の部分拡大図である。図４に示すよう
に、全体として例えば幅約１ｍ×高さ約４ｍを最少単位
とする熱シールドユニット２０を構成する多層反射板２
４は、例えば約１ｍ×１ｍのほぼ正方形のセグメントか
らなる。図５（Ａ）に示すように、多層反射板２４は、
間隔を隔てて位置する複数の反射板２４ａ，２４ｂと、
反射板の間隔を保持する複数のサポート具２７とからな
る。また、サポート具２７は、単一の中央連結具２８と
複数の保持連結具２９とからなる。
【００２６】単一の中央連結具２８は、クライオスタッ
ト側端部に位置する端面反射板２４ａの中央部と熱シー
ルド板２２の中央部とをそれぞれ熱収縮可能に連結しか
つ反射板の重量を支持している。この中央連結具２８
は、端面反射板２４ａと熱シールド板２２を連結する連
結棒２８ａと、反射板間の間隔を保持する保持リング２
８ｂとからなる。連結棒２８ａは熱伝導率の低いチタン
製の中空管であり、保持リング２８ｂは、耐放射線性能
の高いポリイミド製であるのがよい。
ト側端部に位置する端面反射板２４ａの中央部と熱シー
ルド板２２の中央部とをそれぞれ熱収縮可能に連結しか
つ反射板の重量を支持している。この中央連結具２８
は、端面反射板２４ａと熱シールド板２２を連結する連
結棒２８ａと、反射板間の間隔を保持する保持リング２
８ｂとからなる。連結棒２８ａは熱伝導率の低いチタン
製の中空管であり、保持リング２８ｂは、耐放射線性能
の高いポリイミド製であるのがよい。
【００２７】また、複数の保持連結具２９は、単一の中
央連結具２８のまわりに所定の間隔（例えば２００ｍｍ
ピッチ）を隔てて複数設置され、端面反射板２４ａと熱
シールド板２２の間に位置する複数の中間反射板２４ｂ
の間隔を一定に保持し、相互の接触を防止している。こ
の保持連結具２９は、端面反射板２４ａと熱シールド板
２２を連結する細い連結棒２９ａと、反射板間の間隔を
保持する保持リング２９ｂとからなる。連結棒２９ａは
熱伝導率の低いチタン製の細い棒であり、保持リング２
９ｂは、保持リング２８ｂと同様に耐放射線性能の高い
ポリイミド製であるのがよい。
央連結具２８のまわりに所定の間隔（例えば２００ｍｍ
ピッチ）を隔てて複数設置され、端面反射板２４ａと熱
シールド板２２の間に位置する複数の中間反射板２４ｂ
の間隔を一定に保持し、相互の接触を防止している。こ
の保持連結具２９は、端面反射板２４ａと熱シールド板
２２を連結する細い連結棒２９ａと、反射板間の間隔を
保持する保持リング２９ｂとからなる。連結棒２９ａは
熱伝導率の低いチタン製の細い棒であり、保持リング２
９ｂは、保持リング２８ｂと同様に耐放射線性能の高い
ポリイミド製であるのがよい。
【００２８】また、反射板２４ａ，２４ｂは、両面にア
ルミ蒸着したステンレス薄板である、ことが好ましい。
アルミニウムや銅は、輻射率が低い点では適している
が、高い電気伝導率を有するため、超伝導コイルがクエ
ンチを起こした場合に内部に渦電流が誘起され過大な電
磁力が発生することから本核融合実験炉の熱シールド装
置には不適である。また、通常のスチール鋼では、超伝
導コイルにより磁化され悪影響のおそれがある。更に、
ステンレス自体は、高放射線環境（例えば１×１０7 Ｇ
ｙ）に耐える高い耐放射線性能を有するが、そのままで
は輻射率が大きいので、金、アルミ又は窒化クロムを蒸
着又はメッキすることにより、輻射率を大幅に改善する
ことができる。
ルミ蒸着したステンレス薄板である、ことが好ましい。
アルミニウムや銅は、輻射率が低い点では適している
が、高い電気伝導率を有するため、超伝導コイルがクエ
ンチを起こした場合に内部に渦電流が誘起され過大な電
磁力が発生することから本核融合実験炉の熱シールド装
置には不適である。また、通常のスチール鋼では、超伝
導コイルにより磁化され悪影響のおそれがある。更に、
ステンレス自体は、高放射線環境（例えば１×１０7 Ｇ
ｙ）に耐える高い耐放射線性能を有するが、そのままで
は輻射率が大きいので、金、アルミ又は窒化クロムを蒸
着又はメッキすることにより、輻射率を大幅に改善する
ことができる。
【００２９】更に、図５（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図で
あり、例えば約１ｍ×１ｍに分割されたセグメント間の
境界部分を示している。この図のように、反射板２４
ａ，２４ｂの境界部は、一枚毎に位置が食い違うように
決められており、それぞれのセグメントの自由な熱収縮
を可能にし、かつ境界部分を通る熱輻射を最少限度にで
きるようになっている。
あり、例えば約１ｍ×１ｍに分割されたセグメント間の
境界部分を示している。この図のように、反射板２４
ａ，２４ｂの境界部は、一枚毎に位置が食い違うように
決められており、それぞれのセグメントの自由な熱収縮
を可能にし、かつ境界部分を通る熱輻射を最少限度にで
きるようになっている。
【００３０】上述した構成によれば、反射板に金属（ス
テンレス薄板）を採用することで、放射線劣化の問題を
解消でき、例えば１×１０7 Ｇｙの高い放射線環境に耐
える高い耐放射線性能を得ることができる。また、ステ
ンレス薄板の輻射率を下げるためにその両面にアルミニ
ウムをコーティングしたので、輻射率が例えば０．０５
〜０．１程度まで下がり、高い断熱性能を発揮すること
ができる。更に、多層反射板を適当なピッチで設けるサ
ポート（例えばチタン合金製）により支持及び層間スペ
ースの確保を行うことにより、スペーサを不要にし、こ
れにより、高い耐放射線性能を保持したまま、施工性
（熟練度）に左右されない安定した断熱性能を長期間に
わたって保持できる。
テンレス薄板）を採用することで、放射線劣化の問題を
解消でき、例えば１×１０7 Ｇｙの高い放射線環境に耐
える高い耐放射線性能を得ることができる。また、ステ
ンレス薄板の輻射率を下げるためにその両面にアルミニ
ウムをコーティングしたので、輻射率が例えば０．０５
〜０．１程度まで下がり、高い断熱性能を発揮すること
ができる。更に、多層反射板を適当なピッチで設けるサ
ポート（例えばチタン合金製）により支持及び層間スペ
ースの確保を行うことにより、スペーサを不要にし、こ
れにより、高い耐放射線性能を保持したまま、施工性
（熟練度）に左右されない安定した断熱性能を長期間に
わたって保持できる。
【００３１】従って、熱シールド板２２の温度を約８０
Ｋ程度の極低温に少ない冷媒で保持することができ、例
えば３Ｗ／ｍ2 以下の高い断熱性能を確保することがで
きる。
Ｋ程度の極低温に少ない冷媒で保持することができ、例
えば３Ｗ／ｍ2 以下の高い断熱性能を確保することがで
きる。
【００３２】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】上述したように、本発明の核融合実験炉
用熱シールド装置は、高放射線環境に耐える高い耐放射
線性能を有し、熱収縮により過大な内部応力を発生させ
ることなく、安定した高い断熱性能を長期間にわたって
保持でき、かつ運転開始後に部分的な交換等のメンテナ
ンスができる、等の優れた効果を有する。
用熱シールド装置は、高放射線環境に耐える高い耐放射
線性能を有し、熱収縮により過大な内部応力を発生させ
ることなく、安定した高い断熱性能を長期間にわたって
保持でき、かつ運転開始後に部分的な交換等のメンテナ
ンスができる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明による熱シールド装置の構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図とその部分拡大
図である。
図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線における断面図とその部分拡大
図である。
図である。
【図４】図１の熱シールド装置の背面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線における部分断面図とその部分
拡大図である。
拡大図である。
【図６】熱核融合実験炉の概念図である。
【図７】図６の部分断面図である。
【図８】トカマク型核融合装置の模式図である。
【図９】従来の熱シールドの概念図である。
【図１０】従来の真空多層断熱の構造図である。
１ クライオスタット（断熱真空容器） ２ 超伝導コイル ３ 熱シールド ４ 真空多層断熱構造 ５ 放射シールド材 ６ スペーサ １０ 熱シールド装置 １２ カバー板 １４ 冷却装置 １５ 冷却管 １６ 接続連結具 ２０ 熱シールドユニット ２２ 熱シールド板 ２４ 多層反射板 ２４ａ 端面反射板 ２４ｂ 中間反射板 ２５、２６ サポート ２７ サポート具 ２８ 中央連結具 ２８ａ 連結棒 ２８ｂ 保持リング ２９ 保持連結具 ２９ａ 連結棒 ２９ｂ 保持リング
フロントページの続き (72)発明者 濱田 一弥 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 伊藤 彰 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 多田 栄介 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所那珂研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 核融合実験炉のクライオスタット内に設
けられる熱シールド装置であって、 クライオスタット内面に互いに所定の隙間を隔てて着脱
自在に取付けられる複数の熱シールドユニットと、該熱
シールドユニットの周辺に着脱自在に取付けられ隣接す
る熱シールドユニット間の前記隙間を覆うカバー板と、
熱シールドユニットを所定の温度に冷却する冷却装置と
からなり、 該冷却装置は、熱シールドユニットに取付けられ冷媒が
流れる冷却管と、該冷却管を隣接する熱シールドユニッ
トの冷却管と連結する着脱自在な接続連結具とを有し、 更に前記熱シールドユニット、カバー板及び冷却装置
は、それぞれ熱収縮可能に構成されている、ことを特徴
とする核融合実験炉用熱シールド装置。 - 【請求項２】 前記熱シールドユニットは、超伝導コイ
ル側に位置し前記冷却管が直接取付られる熱シールド板
と、クライオスタット側に位置する多層反射板とからな
り、該多層反射板は、間隔を隔てて位置する複数の反射
板と、該反射板の間隔を保持する複数のサポート具とか
らなる、ことを特徴とする請求項１に記載の核融合実験
炉用熱シールド装置。 - 【請求項３】 前記反射板は、両面にアルミ蒸着したス
テンレス薄板である、ことを特徴とする請求項２に記載
の核融合実験炉用熱シールド装置。 - 【請求項４】 前記サポート具は、クライオスタット側
端部に位置する端面反射板の中央部と熱シールド板の中
央部とをそれぞれ熱収縮可能に連結する単一の中央連結
具と、そのまわりに所定の間隔を隔てて複数設置され端
面反射板と熱シールド板の間に位置する複数の中間反射
板の間隔を保持する保持連結具とからなる、ことを特徴
とする請求項２に記載した核融合実験炉用熱シールド装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16228597A JP3859819B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 核融合実験炉用熱シールド装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16228597A JP3859819B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 核融合実験炉用熱シールド装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114777A true JPH1114777A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3859819B2 JP3859819B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=15751586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16228597A Expired - Fee Related JP3859819B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 核融合実験炉用熱シールド装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3859819B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112366013A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-12 | 中国核动力研究设计院 | 一种适用于热管反应堆的带核试验方法 |
| CN115424742A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-12-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种整体式屏蔽包层单元及用于聚变堆的屏蔽包层 |
| CN120413100A (zh) * | 2025-06-30 | 2025-08-01 | 聚变新能(安徽)有限公司 | 核聚变冷屏间接缝结构及核聚变装置 |
-
1997
- 1997-06-19 JP JP16228597A patent/JP3859819B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112366013A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-12 | 中国核动力研究设计院 | 一种适用于热管反应堆的带核试验方法 |
| CN112366013B (zh) * | 2020-11-10 | 2022-04-15 | 中国核动力研究设计院 | 一种适用于热管反应堆的带核试验方法 |
| CN115424742A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-12-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种整体式屏蔽包层单元及用于聚变堆的屏蔽包层 |
| CN120413100A (zh) * | 2025-06-30 | 2025-08-01 | 聚变新能(安徽)有限公司 | 核聚变冷屏间接缝结构及核聚变装置 |
| CN120413100B (zh) * | 2025-06-30 | 2025-09-05 | 聚变新能(安徽)有限公司 | 核聚变冷屏间接缝结构及核聚变装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3859819B2 (ja) | 2006-12-20 |
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