JPS6251435B2

JPS6251435B2 -

Info

Publication number: JPS6251435B2
Application number: JP55063897A
Authority: JP
Inventors: Taro Iwamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1987-10-29
Also published as: JPS56160685A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は核融合装置のダイバータに係り、特に
プラズマ中の不純物粒子を除去するため、高エネ
ルギーの不純物粒子が衝突するダイバータプレー
トを改良した核融合装置のダイバータに関する。

一般に核融合装置、例えばトカマク型核融合装
置においては、プラズマ中の不純物粒子や核融合
反応の結果生じるα粒子を除去する目的で真空容
器内にダイバータを設けている。

このダイバータは、通常ダイバータコイルとダ
イバータプレートより構成されるが、不純物粒子
を除去する機能上、ダイバータプレートには高温
のプラズマから磁場により誘導された高エネルギ
ーの不純物粒子が衝突する。このため、ダイバー
タプレートは高温に加熱されることになり、何ら
かの方法で、この高温に加熱されたダイバータプ
レートを冷却してやらねばならない。従来は不純
物粒子と衝突するダイバータプレートと真空容器
外の冷却システムとを冷却配管を介して接続し、
ダイバータプレートを冷却システムにより強制的
に冷却する方式をとつている。

そころで、上述した如く、ダイバータプレート
の表面は、不純物粒子が衝突することより高エネ
ルギー粒子流の照射によるスパツタリング現象が
生じ、次第に損傷を受けてしまうため時々交換し
てやらねばならない。

しかしながら、ダイバータプレートは上述した
ように、外部の冷却システムと冷却配管を介して
接続されているため、ダイバータプレートを交換
する際には、損傷したダイバータプレートを冷却
配管から切り離さなければならず、また、新しい
ダイバータプレートを取り付けた後再び冷却配管
と接続する作業を伴う。しかも、ダイバータプレ
ートと冷却配管との接続部分の周囲は、核融合装
置を運転する際には超高真空になるばかりでなく
高温になるため、この接続部分の構造は、一般の
Ｏリングやシール材を用いた機械的な管継手では
信頼性がなく使用不能で、上記条件に適う溶接継
手以外に適当な方法がなく、通常はこの溶接継手
を用いていた。しかし溶接継手の場合、同一場所
を何度も切断・溶接することは作業に時間がかか
るばかりでなく、溶接個所からの漏洩を防ぐため
非破壊検査が必要になるなど多くの問題が残され
ている。

このように、従来の構成では核融合装置である
ため、接続部分の条件が厳しいダイバータプレー
トが損傷を受けることにより、交換に伴う繁雑な
作業が必要となるため、この点を改良したダイバ
ータが強く望まれている。

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、ダイバータプレートの損傷
した部分を取り換えるものであつても、冷却配管
との切断・再接続を不要にすることは勿論、ダイ
バータプレート表面に入射される不純物粒子によ
る熱流を効率よく伝熱し冷却効果を向上させる核
融合装置のダイバータを提供するにある。

本発明は内部にプラズマが閉じ込められる真空
容器内で、前記プラズマを囲むよう配置され、か
つ、そのプラズマ側の一部にダイバータ室を構成
するブランケツトの、そのダイバータ室内に配置
され、前記プラズマ中の不純物粒子を衝突させ除
去する複数のダイバータプレートを、冷却配管と
接続される冷却板と、この冷却板のプラズマ側に
取り外し自在に設けられたカバープレートとを一
体にして構成し、該カバープレートは、その内側
に空間が形成されていると共に、該空間を覆うよ
うに金属薄板が配置され、かつ、前記空間内に低
融点金属、又は揮発性液体と金属綿状体が封入さ
れて形成されていることにより所期の目的を達成
するようになしたものである。

以下図面の実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。

第１図は核融合装置の概略部分断面図で、ダイ
バータプレートの配置状態を示す。該図を用いて
その構成を説明する。

プラズマ１を囲むようにブランケツト２が配置
され、その一部がふくらんでダイバータ室３を構
成している。このダイバータ室３内にダイバータ
プレートを構成する冷却板４とカバープレート５
がステー１０によりブランケツト２に固定して設
置され、詳細構成は後述するがカバープレート５
がプラズマ１側になるよう冷却板４と一体となつ
ている。冷却板４は外部にある冷却剤循環装置６
と冷却配管７により接続され、また、ブランケツ
ト２の外側には真空容器８があるが、冷却配管７
は真空容器８壁を貫通している。真空容器８内は
真空にされるが冷却配管７の貫通部は真空シール
されている。尚、９はプラズマ１からダイバータ
室３に導かれる不純物粒子である。

次に第２図を用いて本実施例のダイバータプレ
ートの詳細を説明する。

ダイバータプレートは複数の冷却板４を並べ、
各々の冷却板４の上にカバープレート５を取り付
けて成るが、カバープレート５を取り付けたと
き、その表面が円錐面になるように構成する。カ
バープレート５は各冷却板４にボルト１１により
それぞれ取り外し自在に密着固定され一体とな
り、カバープレート５と一体となつた各冷却板４
をステー１０によりブランケツト２に固定する。
そして、この冷却板４が冷却配管７と接続し外部
の冷却剤循環装置６により冷却されるものであ
る。

このように構成される本実施例のダイバータで
は、プラズマ１からダイバータ室３に導かれた不
純物粒子９がカバープレート５に衝突し、カバー
プレート５に高熱、あるいは表面にスパツタリン
グ等で損傷を与え交換が必要になつた場合には、
交換の必要なカバープレート５のボルト１１を取
り冷却板４からカバープレート５を外し、新しい
カバープレート５をボルト１１で締め付けるだけ
の作業で交換が終り、冷却配管７と接続している
冷却板４を取り外し及び再接続するような作業は
全くなくなる。このため、従来のような交換のた
めに冷却配管７を切断する必要はなく、冷却配管
７の切断・開先取り・寸法合せ溶接・非破壊検査
等の全工程を省略することができ、交換作業時間
は大幅に短縮される。また、ダイバータプレート
と冷却配管の接続部、即ち溶接部の欠陥のため、
冷却剤や、冷却剤に含まれる水素ガス等の気体成
分が真空領域に漏洩する恐れは全くない。

次に、カバープレート５の詳細構造について説
明する。

冷却効率を良くするうえでカバープレート５に
要求される最も重要な点は、カバープレート５の
表面に入射される不純物粒子９による熱流をいか
に効率良く冷却板４に伝えられるかという点であ
る。上述した如く、ダイバータプレートは真空中
で用いられるものであるため、カバープレート５
から冷却板４への熱の移動は伝熱と輻射により行
われ対流はない。輻射と伝熱では伝熱の方が効率
が良いため、冷却板４とカバープレート５の間を
できるだけ密着させる必要がある。このため、両
者の接触面の形状を正確に加工することや表面粗
さを細くする等加工上の注意や熱伝達効率の良い
材料などの配慮は当然行わねばならないが、更に
伝熱効率を高めるためには、カバープレート５の
構造を以下のようにすると有効である。

第３図に示すカバープレート５は、カバープレ
ート５の内側を削つて空間を作り、この空間を覆
うように薄い金属板１２を配置し周囲をシール溶
接１３し、その後、この空間内にナトリウムや鉛
などの低融点金属１４を注入して薄い金属板１２
が少しふくらむ程度にして注入孔をふさいで構成
される。このような構造のカバープレート５を、
金属板１２が接触面となるよう冷却板４に押付け
て取り付けることにより、上述と同様の効果を達
成することは勿論、カバープレート５が不純物粒
子の照射を受けて加熱されると、封入されている
低融点金属１４が溶融するため、薄い金属板１４
が冷却板４の表面になじみ、両者の接触面積が増
し伝熱効率が良くなる。また、不純物粒子９の流
れはカバープレート５の表面に当つた場合、カバ
ープレート５の上端部と下端部は粒子密度が低
く、中央部の密度が高いため、カバープレート５
は中央部の温度が高く、上下端が低くなるよう加
熱されるが、溶融した低融点金属１４は対流現象
を生じ、カバープレート５の入熱量の多い中央部
から入熱量の少ない周辺に熱量を急速に移動する
ため、カバープレート５中央部の熱負荷を軽減す
ることができる。

第４図に示すカバープレート５はヒートパイプ
の原理を応用したものである。即ち、カバープレ
ート５の内側を削つて空間を作り、この空間を覆
うように薄い金属板１２を配置し、その後、この
空間内に少量の揮発性液体１５と、この揮発性液
体１５を毛細管現象により吸上げる金属綿状体１
６を封入して構成される。このような構造のカバ
ープレート５を冷却板４に取り付けることによつ
ても第１の実施例と同様な効果を得ることができ
ることは勿論、本実施例の構成とすれば、金属綿
状体１６により吸上げられた揮発性液体１５は加
熱されて蒸気し気化熱を奪う。この蒸気は空間内
を対流により移動し、薄い金属板１２を介して冷
却板４に熱を加え液体にもどる。加熱されたと
き、蒸気により空間内の圧力が高まるので金属板
１２は冷却板４に押し付けられ両者の接触面積が
増し伝熱効率が良くなる効果がある。

以上説明した本発明の核融合装置のダイバータ
によれば、内部にプラズマが閉じ込められる真空
容器内で、前記プラズマを囲むよう配置され、前
記プラズマ中の不純物粒子を衝突させ除去する複
数のダイバータプレートを、冷却配管と接続され
る冷却板と、この冷却板のプラズマ側に取り外し
自在に設けられたカバープレートとを一体にして
構成し、該カバープレートは、その内側に空間が
形成されていると共に、該空間を覆うように金属
薄板が配置され、かつ、前記空間内に低融点金
属、又は揮発性液体と金属綿状体が封入されて形
成されているものであるから、不純物粒子により
ダイバータプレートが損傷し、交換が必要になつ
た場合にはカバープレートのみを冷却板から取り
外し交換するだけの簡単な作業で良く、交換に当
つて冷却配管を切断・再接続する作業が不要とな
り、更に、カバープレートの内側の空間内に封入
されている低融点金属、又は揮発性液体と金属綿
状体は、ダイバータプレート表面に不純物粒子が
入射されると加熱されて溶融し、カバープレート
と冷却板との接触面積が増大して不純物粒子によ
る熱流を効率よく伝熱できるので冷却効果が向上
し、此種核融合装置のダイバータに採用する場合
には、非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のダイバータの配置
状態を示す核融合装置の概略部分断面図、第２図
は本発明の一実施例であるダイバータプレートの
分解斜視図、第３図は本発明のカバープレートの
具体的構造の一例を示す断面図、第４図はカバー
プレートの他の例を示す断面図である。１…プラズマ、２…ブランケツト、３…ダイバ
ータ室、４…冷却板、５…カバープレート、６…
冷却剤循環装置、７…冷却配管、８…真空容器、
９…不純物粒子、１０…ステー、１１…ボルト、
１２…金属板、１３…シール溶接部、１４…低融
点金属、１５…揮発性液体、１６…金属綿状体。

Claims

【特許請求の範囲】

１内部にプラズマが閉じ込められる真空容器
と、該真空容器内で前記プラズマを囲むように配
置され、かつ、プラズマ側の一部にダイバータ室
を構成するブランケツトと、該ブランケツトのダ
イバータ室内に配置され、前記プラズマ中の不純
物粒子を衝突させ除去する複数のダイバータプレ
ートとを備え、前記ダイバータプレートは前記真
空容器外の冷却剤循環装置と冷却配管により接続
されてなるものにおいて、前記各々のダイバータ
プレートは、前記冷却配管が接続される冷却板
と、この冷却板のプラズマ側に取り外し自在に設
けられたカバープレートとを一体にして構成さ
れ、該カバープレートは、その内側に空間が形成
されていると共に、該空間を覆うよう金属薄板が
配置され、かつ、前記空間内に低融点金属、又は
揮発性液体と金属綿状体が封入されて形成されて
いることを特徴とする核融合装置のダイバータ。