JPS6262040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核融合装置の中性粒子入射装置を冷却
する冷却装置に関する。

中性粒子入射装置は核融合装置内で発生するプ
ラズマに中性粒子を照射して追加加熱する装置で
ある。この際、前記中性粒子が照射を受けるビー
ムダンプ、中性粒子の照射を受けその強度を測定
するカロリーメータ、ビームターゲツト及びその
他中性粒子入射装置内で中性粒子照射時のみに冷
却を要する部品に対して冷却を行なう冷却装置が
設置されている。この冷却装置の冷却水は、冷却
対象部品に対して並列的に流されており、流量が
非常に多いものとなつている。

第１図は従来の中性粒子入射装置の構成図を示
すものである。

真空容器１２の両端にイオン源室１４とドリフ
ト管１６が取付けてあり、このドリフト管１６の
先端は模擬試験装置１８に接続されている。イオ
ン源室１４にはフイラメント２０及びガス導入口
２２が設けられ、また加速電極２４、減速電極２
６、接地電極２８がビームの進行方向に取付けて
ある。加速電極２４と接地電極２８は加速電源３
０に接続され、減速電極２６と接地電極２８は減
速電源３２に接続されている。イオン源室１４は
ベロー３４を介して真空容器１２に接続され、ま
たこのベロー部に近接して角度調整装置３６が設
けられている。イオン源室１４の開口部は中性化
セル３８に接続されている。

フイラメント２０を加熱して、同時にこのフイ
ラメント２０とイオン源室１４の内壁にアーク電
圧を印加してアークを飛ばすと、ガス導入口２２
により導入されたガスがプラズマ化する。このプ
ラズマのイオン分は加速電極２４に印加された電
圧により加速されビーム４０となつて中性化セル
３８内に引出される。中性化セル３８内ではイオ
ンビームを中性ガスが電荷交換され中性粒子ビー
ム（以下単にビームと記す）となる。

この中性粒子ビームは偏向磁石４２を通りビー
ムリミツター冷却管４４を有するビームリミツタ
ー４６を経て直線的に進行するが、ビーム中のイ
オン分は前記偏向磁石４２によつて曲げられビー
ムダンプ４８に照射されて冷却されガス化する。
中性粒子ビームは更に進行してカロリーメータ５
０を通り高速弁５２を通つてビームターゲツト５
４に照射される。カロリーメータ５０にはカロリ
ーメータを駆動し且つ冷却水を導く駆動管５６が
真空容器１２のベロー５８を通して接続されてい
る。またドリフト管１６と真空容器１２の接続部
にはビームリミツター接続管６０を有するビーム
リミツター６２が設置されている。

前記ビームの進路にあるビームリミツター４６
及び６０は冷却管４４，６２によつて冷却され
る。ビームダンプ４８、カロリーメータ５０及び
ビームターゲツト５４は中空銅管で構成され、こ
の中空銅管内の冷却水により冷却される。なおビ
ームを模擬試験装置１８に導く時にはカロリーメ
ータ５０は引上げられねばならない。

ビームダンプ４８、カロリーメータ５０及びビ
ームターゲツト５４に対して、ビームの照射強度
が強い時には照射を受けると同時に中空銅管内の
冷却水温が上昇し冷却効果が始まる。照射強度の
少ない時には、中空銅管内の冷却水の温度の上昇
にある程度時間がかかり、その後冷却水による冷
却が始まる。上記いずれの場合もビームの照射が
終つても中空銅管自身の温度を低下させるため冷
却水を一定時間流さなければならない。

このようなビーム照射と同時に発生する熱を冷
却水にて吸収する構造のビームダンプ４８やビー
ムターゲツト５４の冷却は、熱水が互いに干渉す
ることを恐れて各中空銅管の冷却水を互いに並列
に流すことが一般に行なわれている。従つて多量
の水量を必要とし、配管の口径やポンプの容量が
増大して装置のコストが上昇する欠点がある。

本発明の目的は上記の欠点に鑑み、冷却水の水
量を減じた安価な中性粒子入射装置の冷却装置を
提供するにある。

本発明により上記の目的は、冷却水が循環する
部品を互いに水流速と照射時間の積以上に離し、
各部品に対する冷却水用配管を直列に接続するこ
とにより達成される。

以下、本発明の一実施例を図面に従つて説明す
る。

第２図は本発明に係る中性粒子入射装置の冷却
装置の一実施例を示す概略構成図である。但し、
第１図と同様あるいは同一構成部分は同一符号を
用いて示してある。

水タンク６４からポンプ６６により吸上げられ
た冷却水は配管を流れてＡ点で分岐しビームリミ
ツター４６を通りカロリーメータヘツダ６８に入
つてカロリーメータ５０を冷却してビームリミツ
ター６０に入り、ビームリミツター６０を冷却し
た後Ｅ点を通つて水タンク６４に戻る。ポンプ６
６を出てＡ点で分岐した一方の冷却水はビームダ
ンプヘツダ７０から入り、ビームダンプ４８を冷
却した後ビームターゲツトヘツダ７２からビーム
ターゲツト５４に入りこれを冷却してＥ点に達し
水タンク６４に戻る。この際ポンプ６６によつて
加圧された冷却水はＦ点からビームダンプヘツダ
７０に供給されこのビームダンプヘツダ７０の
Ｆ，Ｇよりビームダンプ４８内を並列に流れ対辺
のヘツダF′，G′に到達する。ここで一本のパイ
プにまとめられた冷却水は次のビームターゲツト
ヘツダ７２に導かれ同様の水路をたどつてビーム
ターゲツト５４を冷却する。他の機器を冷却する
場合の水路も同様であり説明を省略する。

第３図Ａは第２図のビームダンプ４８とビーム
ターゲツト５４の冷却水温度の変化と長手方向の
温度の分布状況を表わしたものである。Ｔ_pはビ
ーム照射開始時点であり、水温は図の如くビーム
ダンプ４８ではｔ_Dだけ、ビームターゲツト５４
ではｔ_Tだけ上昇する。そのまま水温はビーム照
射の終了時点であるT₂まで保たれる。この時の
ビームダンプ４８による高温水はL₁の長さを占
める。このL₁の長さはビームダンプの水流速と
ビーム照射時間（T₂−T₀）の積となる。L₂をビー
ムダンプ端からビームターゲツトまでの配管長さ
−水流速×（T₂−T₁）とし、このL₂が負になる
と、高温水がビームターゲツト５４に入り込み、
ビームターゲツトの始点で熱量が更にビームター
ゲツト５４内に入り込むため、内部の冷却水は更
に高温（ｔ_D＋ｔ_T）となり、ビームターゲツト５
４は故障する。第３図Ａは前記L₂が正となる良
い例である。第３図ＢはL₂が負となる悪い例で
ある。

今、水温35℃の冷却水を流速４ｍ／ｓで循環さ
せ、ビームダンプ４８で55℃、ビームターゲツト
５４で45℃の温度上昇がある場合を考える。ま
た、ビームの照射時間を１秒とすれば、ビームタ
ーゲツト５４の端とビームダンプ４８の端との間
は、４ｍ×ｓ×1s＝４ｍ以上離せばよいことにな
る。もしこれが３ｍであれば、水温は、35℃＋55
℃＋45℃＝135℃となり冷却水は沸騰してしま
う。この沸騰した時に発生する蒸気は、条件が悪
ければ中空銅管内の冷却水の流れを止めてしま
う。冷却水の流れが止まれば冷却効果が失なわれ
ビームターゲツト５４が異常に高温となり、場合
によつては溶解してしまう。この現象は所謂バー
ンアウトと呼ばれている。このバーンアウトを恐
れて冷却水をビームダンプ、ビームターゲツトと
いうように並列に流し互いに独立の冷却水系を形
成していた。

しかしながら本実施例のようにビームダンプ４
８、ビームターゲツト５４に一つの冷却水系から
冷却水を直列に供給することにより冷却水量は従
来の1/2に減少させる効果がある。従つて配管の
太さやポンプの容量が減少し装置のコストが低減
される効果がある。

ところで冷却水系が直列となるため水圧を高く
しなければならないが、一般に10Kg／cm²以下なら
ば圧力の上昇による機器や配管材の価格上昇はほ
とんどない。従つて水量減少による経済効果が大
きく本実施例によれば従来より価格は30％程度低
下する。更に、冷却水装置の簡略化、据付面積の
縮小等の効果がある。

以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、対象機器に冷却水を直列的に供給することに
より、冷却水の水量を減じた安価な中性粒子入射
装置の冷却装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の中性粒子入射装置の構成図、第
２図は本発明に係る中性粒子入射装置の冷却装置
の一実施例を示す概略構成図、第３図Ａは第２図
に示した実施例の冷却水温の変化図で好ましい例
を示したものであり、第３図Ｂは第２図に示した
実施例の冷却水温の変化図で悪い例を示した図で
ある。 １２……真空容器、１４……イオン源室、１６
……ドリフト管、１８……模擬試験装置、４６，
６２……ビームリミツター、４８……ビームダン
プ、５０……カロリーメータ、５４……ビームタ
ーゲツト、６４……水タンク、６６……ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中性粒子ビームの照射を受けるビームダン
   プ、ビームターゲツト、あるいは中性粒子の照射
   強度を測定するカロリーメータに冷却水を供給し
   て冷却する中性粒子入射装置の冷却装置におい
   て、上記各部品を互いに冷却水流速とビーム照射
   時間との積以上の長さを有する冷却水の配管にて
   接続して配置すると共に、各部品を該冷却水の配
   管に直列に接続したことを特徴とする中性粒子入
   射装置の冷却装置。