(57)【要約】【課題】ブランケットの構造的な健全性を維持しつつ、高いトリチウム増殖性能を実現する核融合炉用ブランケット及びその支持構造を提供する。【解決手段】ブランケット１２は、外壁円筒部を有し、外壁円筒部の一方の開口端が外壁球殻部に閉止された筐体外壁１８と、内壁円筒部を有し、内壁円筒部の一方の開口端が内壁球殻部に閉止されるとともに筐体外壁１８の内面と空隙を設けて筐体外壁１８に内包されて、増殖材と増倍材とを内部に備えた筐体内壁１９と、筐体２０の他方の開放端を閉止して、冷却水を供給及び回収する配管及び搬出ガスを供給及び回収する配管が取り付けられたフランジ２１と、空隙に供給され回収される冷却水の流路を設定するリブ２５であって、内壁球殻部の外面上における冷却水の流路を狭くする配置及び内壁球殻部の外面上を流通する冷却水の乱流を発生させる配置の少なくとも一方に配置されるリブ２５と、を備える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外壁円筒部を有し、前記外壁円筒部の一方の開口端が外壁球殻部に閉止された筐体外壁と、
内壁円筒部を有し、前記内壁円筒部の前記一方の開口端が内壁球殻部に閉止されるとともに前記筐体外壁の内面と空隙を設けて前記筐体外壁に内包され、増殖材と増倍材とを備えた筐体内壁と、
前記筐体内壁と前記筐体外壁とで形成された筐体の他方の開放端を閉止して、冷却水を前記筐体内に供給及び回収する冷却水用配管を含む配管が取り付けられたフランジと、
前記空隙に設けられ、前記冷却水の流路を設定するリブであって、前記内壁球殻部の外面上における前記冷却水の流速を前記内壁円筒部の外面上における流速より速くする配置、及び、前記内壁球殻部上の前記冷却水に乱流を発生させる配置の少なくとも一方に配置されるリブと、を備えることを特徴とする核融合炉用ブランケット。
【請求項２】
円筒形状の外壁円筒部を有し、前記外壁円筒部の一方の開口端が球殻形状の外壁球殻部に閉止された筐体外壁と、
円筒形状の内壁円筒部を有し、前記内壁円筒部の前記一方の開口端が球殻形状の内壁球殻部に閉止されるとともに前記筐体外壁の内面と空隙を設けて前記筐体外壁に内包されて、中性子との核反応によりトリチウムを生成する増殖材と中性子との核反応により中性子を生成する増倍材とを内部に備えた筐体内壁と、
前記筐体内壁と前記筐体外壁とで形成された筐体の他方の開放端を閉止して、冷却水を前記筐体内に供給及び回収する配管及びトリチウムを回収するための搬出ガスを供給及び回収する配管が取り付けられたフランジと、
前記空隙に設けられ、前記空隙に供給され回収される前記冷却水の流路を設定するリブであって、前記内壁球殻部の外面上における前記冷却水の流路を前記内壁円筒部の外面上における流路よりも狭くする配置、及び、前記内壁球殻部の外面上を流通する前記冷却水の乱流を発生させる配置の少なくとも一方に配置されるリブと、を備えることを特徴とする核融合炉用ブランケット。
【請求項３】
前記リブは、前記内壁球殻部の天頂に近づくにつれて流路の幅が狭くなるように設定され、前記天頂において流路が最も狭まるように設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項４】
前記内壁球殻部の外面上に、前記冷却水の流通方向に逆らう方向に前記リブが追加されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項５】
前記筐体外壁、前記筐体内壁、及び前記リブを溶接部材を介して接合して、前記筐体外壁と前記筐体内壁とを一体化することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項６】
前記筐体内壁の内面近傍及び前記筐体内壁の内部でフランジの表面近傍に前記増殖材を含む増殖層を配置することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項７】
前記内壁円筒部に配置される前記増殖層は、前記内壁球殻部側からフランジ方向に沿って前記増殖層が漸次厚くなるように配置されることを特徴とする請求項６に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項８】
円筒形状の円筒部を有し、前記円筒部の前記一方の開口端が球殻形状の球殻部に閉止されて、中性子との核反応によりトリチウムを生成する増殖材と中性子との核反応により中性子を生成する増倍材とを内部に備えた一重壁筐体と、
前記一重壁筐体の他方の開放端を閉止して、冷却水を前記一重壁筐体内に供給及び回収する配管及びトリチウムを回収するための搬出ガスを供給及び回収する配管が取り付けられたフランジと、
前記円筒部の壁面内部に穿孔して設けられた前記冷却水の流路と、を備えることを特徴とする核融合炉用ブランケット。
【請求項９】
前記球殻部の壁面内部に前記冷却水の流路を穿孔して設けることを特徴とする請求項８に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項１０】
前記冷却水は、重水であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項１１】
核融合炉用ブランケットの支持構造であって、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の核融合炉用ブランケットと、
複数の前記核融合炉用ブランケットを支持する支持体と、
前記支持体におけるプラズマに対向する面に設けられた中性子反射体と、を備えることを特徴とする核融合炉用ブランケットの支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、核融合炉用ブランケット及びその支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
核融合炉では、重水素と三重水素（トリチウム）を含む混合燃料を真空容器内でプラズマ化して保持し、核融合反応で生じる１４．１ＭｅＶの一次中性子からエネルギーを取り出して発電を行う。トリチウムは自然界に存在しないため、炉を継続的に運転するにはトリチウムの消費分を補いつつ、増殖する必要がある。このため、核融合炉では、核融合反応により生成される中性子の捕獲によるトリチウム生成と、核融合反応により生じる熱の回収とを行うために、真空容器の内面にブランケットが取り付けられる。
【０００３】
ブランケットの一例として、特別に成分調整された低放射化フェライト鋼（例えば、Ｆ８２Ｈ）で構成された箱形状の金属容器（筐体）に、リチウムを含むトリチウム増殖材、ベリリウムを含む中性子増倍材の層を交互に設けたものがある。筐体内部に冷却水が流通する流路が形成されて、発生した熱が回収される。筐体には、冷却水を供給して、回収するための配管、生成したトリチウムを回収するために搬送ガスを供給し、回収するための配管が取り付けられる。
【０００４】
他のブランケットの構成例として、鐘形形状の金属容器で二重壁を構成して、プラズマに対向する第一壁の近傍に増殖材として酸化リチウムのペブル層を設け、その後方に酸化リチウムのブロックを配置する方法も開示されている。
【０００５】
近年、製作性と比較的大きいトリチウム増殖比とを両立できる方式として、二重の球殻部及び二重の円筒部で構成した円筒型ブランケットが注目されている。この円筒型のブランケットでは、二重壁間に冷却水を流して除熱を行う構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２３９８０７号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７９６０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】飯田浩正、他、核融合実験炉ブランケットの核特性、ＪＡＥＲＩ−Ｍ  ６４６０（１９７６年３月）
【非特許文献２】株式会社東芝、浅野史朗、他、核融合原型炉開発への取組み、東芝レビュー、２０１６  Ｖｏｌ．７１  Ｎｏ．１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、核融合反応による中性子照射、核融合プラズマからの輻射を受ける環境で動作するブランケットの設計においては、（１）燃料増殖性能、（２）除熱性能、（３）構造健全性の３要素のバランスを取ることが重要となる。
【０００９】
燃料増殖性能は、トリチウム生産量と消費量の比率を表す、トリチウム増殖比（TBD:Tritium Breeding Ratio）で評価される。生産されたトリチウムには回収過程における透過漏洩損失等があるため核融合炉全体ではトリチウム増殖比＝１．０５以上を達成することが望ましく、ブランケットは真空容器の全面に配置する事はできないため、ブランケット単体ではトリチウム増殖比１．２５以上を達成することが望まれる。
【００１０】
また、除熱性能からは、筐体の材料、増殖材、増倍材に対して、それぞれ用いられている素材の安定性や健全性から要求される供用状態の最高温度が設定される。構造健全性では、主にプラズマに近接する第一壁で発生する熱勾配に起因する熱応力、高温高圧の冷却水を内包することによる水圧やプラズマが不安定性等により消滅した際に負荷される電磁力などに耐えられることが要件となる。
【００１１】
上述の箱型のブランケットは、筐体内部の漏水により水圧が印加された場合、各面の中央部や各面の付け根の構造不連続部で高い応力が発生する。このため、これら部位の発生応力が材質の許容応力を超えないようにする必要があり、筐体が大きくなれば板厚を厚くするか、補強構造を設ける必要があった。板厚が厚くなり構造材の占有率が増えれば、中性子が構造材に減衰吸収されるため、トリチウム増殖比は低下する。
【００１２】
一方、円筒形状のブランケットは、内部応力の影響が箱型のブランケットと比較して小さく、内圧の上昇に強い構造である。安全性の高い構成となる一方で、プラズマに対向する筐体外壁の球殻部で最も温度が高くなる。筐体の候補材料である低放射化フェライト鋼には高温環境下で長時間保持すると熱時効により脆化してしまうという問題があり、５５０℃程度が筐体の温度上限値となる（非特許文献２参照）。
【００１３】
この温度上限値を満たすために、筐体外壁の球殻部の板厚上限値が決まり、同時に高温高圧の冷却水（約３００℃−１５．５ＭＰａ）に対する耐圧性を保たせるために筐体直径の上限値と円筒部の板厚下限値が必然的に決まる。このため、商業的な核融合発電に向けたより高い核融合出力（より高い熱負荷）に耐えるように設計しようとすると、筐体直径を小さくする必要が生じ、真空容器内面の単位面積当たりの構造材の占有率が大きくなる。
【００１４】
このように、ブランケットが箱形状及び円筒形状のいずれの場合であっても、ブランケットの構造的な健全性を維持しつつ、筐体の板厚を薄くするなど構造材の占有率を小さくすることはできず、高いトリチウム増殖性能を実現することは困難であった。
【００１５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ブランケットの構造的な健全性を維持しつつ、高いトリチウム増殖性能を実現する核融合炉用ブランケット及びその支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の実施形態に係る核融合炉用ブランケットにおいて、円筒形状の外壁円筒部を有し、前記外壁円筒部の一方の開口端が球殻形状の外壁球殻部に閉止された筐体外壁と、円筒形状の内壁円筒部を有し、前記内壁円筒部の前記一方の開口端が球殻形状の内壁球殻部に閉止されるとともに前記筐体外壁の内面と空隙を設けて前記筐体外壁に内包されて、中性子との核反応によりトリチウムを生成する増殖材と中性子との核反応により中性子を生成する増倍材とを内部に備えた筐体内壁と、前記筐体内壁と前記筐体外壁とで形成された筐体の他方の開放端を閉止して、冷却水を前記筐体内に供給及び回収する配管及びトリチウムを回収するための搬出ガスを供給及び回収する配管が取り付けられたフランジと、前記空隙に設けられ、前記空隙に供給され回収される前記冷却水の流路を設定するリブであって、前記内壁球殻部の外面上における前記冷却水の流路を前記内壁円筒部の外面上における流路よりも狭くする配置、及び、前記内壁球殻部の外面上を流通する前記冷却水の乱流を発生させる配置の少なくとも一方に配置されるリブと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の実施形態により、ブランケットの構造的な健全性を維持しつつ、高いトリチウム増殖性能を実現する核融合炉用ブランケット及びその支持構造が提供される。 
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】トカマク型の核融合炉の構成を示す概略断面図。
【図２】真空容器の内面に実施形態に係る核融合炉用ブランケットが配置された場合の配置例を示す説明図。
【図３】（Ａ）は支持体に取り付けられたブランケットの構成を示す斜視図、（Ｂ）は実施形態に係るブランケットの斜視図、（Ｃ）はブランケットの内部に配置される増殖管の斜視図。
【図４】第１実施形態に係る核融合炉用ブランケットの構成を示す縦断面図。
【図５】図４のＩ−Ｉ断面図。
【図６】（Ａ）は実施形態に係る核融合炉用ブランケットの筐体内壁に配置されるリブの配置例を示す正面図、（Ｂ）は筐体内壁の側面図、（Ｃ）は筐体内壁の上面図。
【図７】（Ａ）は実施形態に係る核融合炉用ブランケットの筐体内壁に配置されるリブの配置例を示す正面図、（Ｂ）は筐体内壁の側面図、（Ｃ）は筐体内壁の上面図。
【図８】（Ａ）は実施形態に係る核融合炉用ブランケットの筐体内壁に配置されるリブの配置例を示す正面図、（Ｂ）は筐体内壁の側面図。
【図９】（Ａ）は実施形態に係る核融合炉用ブランケットの筐体内壁に配置されるリブの配置例を示す正面図、（Ｂ）は筐体内壁の側面図。
【図１０】（Ａ）は第２実施形態に係る核融合炉用ブランケットの構成を示す縦断面図、（Ｂ）は図１０（Ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図１１】第３実施形態に係る核融合炉用ブランケットの構成を示す横断面図。
【図１２】（Ａ）第４実施形態に係る核融合炉用ブランケットの構成を示す縦断面図であって、増殖材を筐体内壁の内面とフランジ表面に配置した場合の縦断面図、（Ｂ）筐体内壁の球殻部からフランジの方向に沿って増殖材の配置量を漸次増加させた場合の縦断面図。
【図１３】本実施形態に係る核融合炉用ブランケットの支持構造。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、トカマク型の核融合炉１０の構成を示す概略断面図であり、図２は、真空容器１１の内面に実施形態に係る核融合炉用ブランケット１２が配置された場合の配置例を示す説明図である。
【００２０】
核融合炉１０では、重水素とトリチウムを含む混合燃料を真空容器１１の内部でブラズマ化する。発生した高温のプラズマは、超伝導コイル１３などのコイルの磁界によって真空容器１１の内部に保持される。そして、プラズマ内部では、重水素とトリチウムの核融合反応が発生する。なお、ダイバータ１４は、核融合反応により生じたヘリウムと燃料粒子の排気を行うとともに、ダイバータ１４に流れてきた熱エネルギーの排出を行う。
【００２１】
円筒型の筐体を有するブランケット１２は、半球部分がプラズマに対向するように、すなわち半球部分が第一壁となるように真空容器１１の内面に配置される。具体的には、複数のブランケット１２が支持体（躯体）１５に取り付けられ、支持体１５は真空容器１１の内面に設置される。
【００２２】
ブランケット１２の内部は、中性子との核反応によりトリチウムを生成するための増殖材と、中性子との核反応により中性子を発生するための増倍材と、を備えている。なお、増殖材及び増倍材の配置構成は後述する。
【００２３】
ブランケット１２では、核融合反応により生じた一次中性子の照射を受けて、増殖材に含まれる質量数６のリチウムの核反応が発生してトリチウムが生成される。同時に、増倍材に含まれるベリリウムと一次中性子との核反応が発生して二次中性子が生成される。この二次中性子もブランケット１２内の増殖材と核反応してトリチウム生成に寄与する。
【００２４】
同時に、ブランケット１２では、筐体の内部に供給され流通する冷却水を用いて、プラズマから生じる熱が回収される。
【００２５】
図３（Ａ）は、支持体１５に取り付けられたブランケット１２の構成を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、実施形態に係るブランケット１２の斜視図を示している。図３（Ｃ）は、ブランケット１２に挿入される増殖管１７の斜視図を示している。
【００２６】
図３（Ａ）に示されるように、支持体１５には複数のブランケット１２が取り付けられる。支持体１５に取り付けられたブランケット群を１つのユニットとして、多数のユニットが真空容器１１の内面に設置される。
【００２７】
ブランケット１２には、冷却水を筐体内に供給及び回収する冷却水用の配管やトリチウムを回収するための搬出ガスを供給及び回収する搬出ガス用の配管が、フランジを介して取り付けられる。なお、図３（Ｂ）では、冷却水用の配管及び搬出ガス用の配管をまとめて符号１６として記載している。
【００２８】
図３（Ｃ）に示す増殖管１７は、増殖材を充填した増殖層が内部に形成されて、ブランケット１２内に挿入される。増殖管１７は、Ｕ字形状を有した４本の配管で構成されている。３本は平行に配置されており、残りの１本はその他の増殖管１７が配置される方向と直交する方向に配置されている。増殖管１７は、フリンジを介して搬出ガス用の配管と接続する。この配管を用いてブランケット１２内で生成したトリチウムを回収する。
【００２９】
具体的には、搬送ガスとして供給されるヘリウムなどの不活性ガスを増殖管１７内の増殖層に流通させ、増殖層からガス状になって放出されるトリチウムをブランケット１２外に押し流して回収する。このトリチウムは、トリチウム水素、トリチウム水蒸気などいくつかの化学形態を有する分子を含んだ搬送ガスとの混合ガスとして回収される。そして、分離プラントにおいてトリチウムのみが分離回収された後、再び核融合燃料として用いられる。
【００３０】
図４は、第１実施形態に係るブランケット１２の縦断面図であり、図５は、図４のＩ−Ｉ断面図を示している。
【００３１】
第１実施形態に係るブランケット１２は、筐体外壁１８と筐体内壁１９との２重壁で形成された筐体２０と、筐体２０を閉止するためのフランジ２１と、筐体内壁１９の内部に設けられた、増殖層２２及び増倍層２４と、リブ２５と、を少なくとも備えている。なお、図４では、フランジ２１を介してブランケット１２に取り付けられる、冷却水や搬送ガスの供給及び回収を行う配管１６の構成は省略している。
【００３２】
筐体外壁１８は、円筒形状の外壁円筒部を有して、この外壁円筒部の一方の開口端が球殻形状の外壁球殻部に閉止されている。
【００３３】
筐体内壁１９は、円筒形状の内壁円筒部を有して、内壁円筒部の一方の開口端が球殻形状の内壁球殻部に閉止されている。内壁円筒部の外径は、外壁円筒部の内径よりも小さく形成されている。同様に、内壁球殻部の外径は、外壁球殻部の内径よりも小さく形成されている。
【００３４】
筐体内壁１９は、筐体外壁１８と同軸上に配置されて、筐体外壁１８の内面と空隙を設けて筐体外壁１８に内包される。この空隙に冷却水が供給されて、プラズマにより生じた熱によって加熱されたブランケット１２を除熱する。ブランケット１２の熱を回収した冷却水は配管を介して回収される。
【００３５】
筐体内壁１９内には、増殖材が充填された増殖層２２が内部に形成された増殖管１７が挿入されている。増殖管１７の管内部は、多層構造になっており、中心に増殖層２２が設けられており、増殖層２２の周囲には冷却水を循環させる冷媒層２３が設けられる。増殖管１７が挿入された筐体内壁１９の残りのスペースには、増倍材が充填されて増倍層２４が形成される。なお、増殖材として、中性子照射によってヘリウムが生成され体積が膨張するため、ペブルと呼ばれる直径１〜２ｍｍのチタン酸リチウムの小球を用いる。増倍材として、直径１〜２ｍｍのベリリウムの小球を用いる。
【００３６】
フランジ２１は、筐体外壁１８と筐体内壁１９とで形成された筐体２０の他方の開放端を閉止する。冷却水を供給及び回収する配管及びトリチウムを回収するための搬出ガスを供給及び回収する配管が、フランジ２１を介してブランケット１２に取り付けられる。
【００３７】
リブ２５は、筐体外壁１８の内面と筐体内壁１９の外面とで形成された空隙に設けられた、この空隙を仕切るための板である。リブ２５により空隙が仕切られることで、フランジ２１側の空隙から供給された冷却水が空隙内を流通して、球殻部分の空隙を経由して回収されるまでの冷却水の流路が設定される。
【００３８】
リブ２５は、筐体内壁１９の外面に固定して設けられる。したがって、筐体外壁１８は、リブ２５が表面に設けられた筐体内壁１９を覆うように形成されている。なお、リブ２５は、筐体外壁１８の内面に固定して設けても良い。
【００３９】
そして、リブ２５は、球殻部分の空隙（内壁球殻部の外面上）を流通する冷却水の流路を円筒部分の空隙（内壁円筒部の外面上）の流路よりも狭くなるように配置される。または、リブ２５は、球殻部分の空隙を流通する冷却水の乱流を発生させるように配置される。なお、これらのリブ２５の配置を組み合わせても良い。
【００４０】
流路が狭く設定されることで球殻部分の冷却水の流速が上がるため、球殻部分における筐体外壁１８から冷却水への熱伝達率を上昇する。同じように、球殻部分を流通する冷却水が乱流して水が攪拌されることで、球殻部分における冷却水への熱伝達率を上昇する。プラズマ領域に近接して熱負荷が最も高い筐体外壁１８から冷却水への熱伝達率が上昇すると、筐体２０の球殻部における除熱性能が促進する。
【００４１】
図６は、球殻部分を流通する冷却水の流速を上げるリブ２５の配置例を示している。なお、図６〜図９では、冷却水の流れを示すため、筐体外壁１８の記載を省略して、筐体内壁１９のみを記載している。
【００４２】
図６（Ａ）は、内壁の正面図であり、図６（Ｂ）は、内壁の側面図であり、図６（Ｃ）は、内壁の上面図を示している。
【００４３】
図６の配置例では、リブ２５は、球殻部分の天頂において冷却水の流速が最も早くなるように、球殻部の天頂に近づくにつれて流路の幅を狭くなるように配置して、天頂において流路が最も狭まるように設定されている。このようにリブ２５を配置することで、球殻部の天頂付近において、冷却水の流速が高まる。これにより、天頂付近での熱伝達率が上昇して、球殻部分における除熱性能が促進する。
【００４４】
図７は、球殻部分を流通する冷却水の流速を上げるとともに冷却水を乱流させるリブ２５の配置例を示している。図７（Ａ）は、内壁の正面図であり、図７（Ｂ）は、内壁の側面図であり、図７（Ｃ）は、内壁の上面図を示している。
【００４５】
図７の配置例では、リブ２５は、球殻部分において、冷却水が流通する方向と直交する方向に上下方向から交互に追加のリブ２５を配置している。冷却水が流通する方向を妨げる方向にリブ２５を複数設定することにより、球殻部分において流路が狭まり冷却水の流速が高まる。同時に冷却水の乱流が発生して水が攪拌される。これにより、球殻部分での熱伝達率が上昇して除熱性能が促進する。
【００４６】
図８は、球殻部分を流通する冷却水の流速を上げるとともに冷却水を乱流させるリブ２５のその他の配置例を示している。図８（Ａ）は、内壁の正面図であり、図８（Ｂ）は、内壁の側面図を示している。
【００４７】
図８では、球殻部分の天頂付近に、半円状の２つのリブ２５を、中心位置をずらし、冷却水が流通する方向を妨げる方向に配置している。半円状の２つのリブ２５の存在により球殻部分において冷却水の流路幅が狭まり流速が高まるとともに冷却水の乱流が発生して球殻部分において水が攪拌される。
【００４８】
図９は、球殻部分を流通する冷却水の流速を上げるとともに冷却水を乱流させるリブ２５のその他の配置例を示している。図９（Ａ）は、内壁の正面図であり、図９（Ｂ）は、内壁の側面図を示している。
【００４９】
図９では、球殻部に設定されるリブ２５を渦状に配置しており、冷却水は渦に沿って流通する。渦状に配置されたリブ２５により、球殻部分において冷却水の流路幅が狭まり流速が高まるとともに冷却水の乱流が発生して球殻部分において水が攪拌される。
【００５０】
このように、球殻部分を流通する冷却水の流速を高める、または、冷却水が乱流するようにリブ２５を設定することで、球殻部分における熱伝導率が上昇して、除熱性能が促進する。これにより、球殻部分における熱負荷は低減されて、供用状態における筐体２０の最高温度は低下する。
【００５１】
筐体２０の最高温度が低下すると、筐体２０の最高温度に応じて決定される筐体直径の上限値が緩和する。このため、筐体２０（筐体外壁１８及び筐体内壁１９）の直径を大きくすることができる。これにより、筐体２０内の構造材の占める割合を減らすことができるため（増殖材、増倍材の占める割合を増やすことができるため）、中性子の減衰吸収を抑制でき、増殖材及び増倍材と核反応する中性子の数を増加するため、高いトリチウム増殖比を実現できる。
【００５２】
（第２実施形態）
図１０（Ａ）は、第２実施形態に係るブランケット１２の構成を示す縦断面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＩＩ−ＩＩ断面を示している。なお、図１０において第１実施形態（図４）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００５３】
第２実施形態におけるブランケット１２が第１実施形態と異なる点は、筐体外壁１８、筐体内壁１９、及びリブ２５を溶接部材２６を介して接合して、筐体外壁１８と筐体内壁１９とを一体化した点にある。筐体２０の円筒部における溶接については、図１０（Ｂ）に示すように円筒部の面に対して軸方向に沿って面状に溶接を行っても良いし、円筒部の複数のポイントにおいて点状に溶接を行っても良い。
【００５４】
接合には、電子ビーム溶接、レーザー溶接、ＨＩＰ（Hot Isostatic Press）、拡散接合等を適用する。
【００５５】
筐体外壁１８と筐体内壁１９とを一体化することで、筐体２０の構造強度を高めることができる。また、リブ２５を挟んで筐体外壁１８と筐体内壁１９とを接合することで、リブ２５が接合の補助材として働き、構造強度がより高まる効果がある。
【００５６】
筐体２０の構造強度が高まることで、筐体２０の板厚を削減して筐体２０の直径を大きくすることができる。これにより、高いトリチウム増殖比を実現できる。なお、図１０では、球殻部分及び円筒部分のいずれも溶接部材２６を介して接合されているが、いずれか一方のみを接合する構成でも良い。
【００５７】
（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態に係るブランケット１２の構成を示す横断面図である。なお、縦断面図については、筐体が１重壁となる点、リブ２５を有しない点を除いて図４（第１実施形態の縦断面図）と同じとなるため記載を省略する。
【００５８】
第３実施形態におけるブランケット１２は、円筒形状の円筒部を有し、円筒部の一方の開口端が球殻形状の球殻部に閉止されて、中性子との核反応によりトリチウムを生成する増殖材と中性子との核反応により中性子を生成する増倍材とを内部に備えた一重壁筐体２７と、一重壁筐体２７の他方の開放端を閉止して、冷却水を筐体内に供給及び回収する配管及びトリチウムを回収するための搬出ガスを供給及び回収する配管が取り付けられるフランジと、円筒部の壁面内部に穿孔して設けられた冷却水の流路２８と、を備えている。
【００５９】
第３実施形態では、筐体を一重壁として、円筒部の壁面内に冷却水が流通する流路２８を穿孔して設ける。第１実施形態（図４）では、筐体外壁１８、筐体内壁１９、及びリブ２５の３つの部材で冷却水の流路を形成していたが、第３実施形態では壁面内に冷却水の流路を設けている。
【００６０】
流路２８は、円筒部の壁面内を軸方向に沿って穿孔されて形成される。図１０に示すように、一重壁筐体２７の壁面内には流路２８が円筒部の径方向に多数設けられる。円筒部の壁面内を軸方向に沿って形成された流路２８は、円筒部の端部で折り返して冷却水の流通路を形成しても良く、球殻部の壁面内部に冷却水の流路２８を穿孔して、円筒部の流路２８と接続させて、球殻部を経由するように冷却水の流通路を形成しても良い。
【００６１】
流路２８は、機械加工（ガンドリル等）、放電加工、電界加工などにより形成する。
【００６２】
このように円筒部の壁面内に流路２８を設けた場合、熱負荷を受ける筐体表面から冷却水までの距離が短くなるため、除熱性能が向上する。
【００６３】
さらに、冷却水の流路に発生する円周方向応力は、（流路の内部圧力）×（筐体の半径）／（筐体の板厚）に比例する。図４に示すように筐体２０を２重壁で構成した場合、半径は筐体外壁１８（または筐体外壁１８）の内径Ｒとなる。一方、第３実施形態に係るブランケット１２では、流路２８の半径ｒとなるため、円周方向応力が大幅に低減される。
【００６４】
このため、冷却水の体積を減らすことができるとともに、筐体の板厚を減少させることができ、高いトリチウム増殖比を実現できる。
【００６５】
また、第１実施形態に係るブランケット１２のように２重壁で構成した場合、筐体外壁１８に内包されている筐体内壁１９の溶接の健全性を確認することは困難となる。一方、第３実施形態に係るブランケット１２では、１重の筐体で構成されるため、溶接の健全性を確認することができる。
【００６６】
なお、円筒部の壁面内に流路２８を設けるブランケット１２の除熱性能は高いため、一重壁筐体２７の円筒部をプラズマの第一壁になるように配置しても良い。
【００６７】
（第４実施形態）
図１２（Ａ）は、第４実施形態に係るブランケット１２の構成図を示している。なお、図１２において第１実施形態（図４）に示すブランケット１２と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００６８】
第４実施形態におけるブランケット１２では、筐体内壁１９の内面（内壁球殻部及び内壁円筒部の内面）近傍及び筐体内壁１９の内部でフランジ２１の表面近傍に増殖材を含む増殖層２２を配置する。なお、増殖層２２の配置方法は、筐体内壁１９の内面近傍に沿って形成された内面カバー（図示省略）を設けて、このカバーと筐体内壁１９の内面との空間に増殖材を充填して形成する。同様に、フランジ２１の表面近傍に内面カバーを設けて、このカバーとフランジ２１表面との空間に増殖材を充填する。
【００６９】
このように、筐体内壁１９の内部を取り囲むように増殖層２２を配置することで、プラズマ対向面及び隣り合うブランケット１２同士の隙間から筐体２０内に侵入して、構造材や冷却水との衝突により減速された中性子や、増倍層２４側から後方に散乱してくる中性子を増倍層２４で捕捉する割合が高まる。このため、核反応が促進されて、トリチウム増殖比を向上させることができる。
【００７０】
図１２（Ｂ）、図１２（Ａ）に示すブランケット１２の変形例を示しており、筐体内壁１９の円筒部の内面近傍に配置される増殖層２２が球殻部側からフランジ方向に沿って漸次厚くなるように配置している。なお、フランジ２１の表面近傍に設ける増殖層については、より厚く設置されることが望ましい。
【００７１】
増殖材であるリチウムは低エネルギー側の反応断面積が大きくなる性質がある。一方、プラズマ側の中性子スペクトルは高エネルギーが多くフランジ２１側に近づくにつれ次第に減衰して低エネルギー成分が多くなる。つまり、低エネルギーの中性子の多いフランジ２１側の増殖材の厚みを厚くすることで、核反応が促進されて、トリチウム増殖比を向上させることができる。
【００７２】
図１３は、本実施形態に係るブランケット１２の支持構造を示している。なお、支持構造に適用されるブランケット１２は、第１実施形態から第４実施形態に係るブランケット１２のいずれも適用できる。
【００７３】
複数のブランケット１２を支持する支持体１５は、核融合炉の外部への中性子漏れを防止する遮蔽部３３を有している。このため、ブランケット１２内の増殖材及び増倍材と核反応しなかった中性子は遮蔽部３３で遮蔽（喪失）される。
【００７４】
本実施形態に係るブランケット１２の支持構造では、遮蔽部３３における中性子の喪失を防ぐために、ブランケット１２と遮蔽部３３との間に中性子反射体３２を配置する。
【００７５】
具体的には、中性子反射体３２が、複数のブランケット１２を支持する支持体１５におけるプラズマに対向する面上に設置される。なお、中性子反射体３２の材料としては、黒鉛やタングステンが例示される。
【００７６】
このように、中性子反射体３２を用いて中性子を反射させて再度ブランケット１２内部の増殖層２２及び増倍層２４の領域に戻して核反応を生じさせる。これにより、核反応が促進されて、トリチウム増殖比を向上させることができる。
【００７７】
以上述べた各実施形態の核融合炉用ブランケットによれば、２重壁内の空隙に設けるリブを用いて、球殻部分を流通する冷却水の流速を高める、または、冷却水を乱流させることより、冷却水の熱伝導率が高まり、筐体の温度を低減できる。これにより、筐体の直径を大きくすることができ、筐体内の構造材の占める割合を減らすことができるため（増殖材、増倍材の占める割合を増やすことができるため）、高いトリチウム増殖率を実現することができる。
【００７８】
なお、ブランケット内部に供給される冷却水として水に代えて重水を用いても良い。重水は軽水と比較すると中性子の吸収断面積が小さく中性子の減衰が少ない。このため、増殖材と反応する中性子の割合が高いためトリチウム生成に寄与する。
【００７９】
したがって、重水を用いることで、冷却水の流路の体積を増やしてもトリチウム増殖比の低下が少ないことから冷却水の流路体積を増やして除熱性能を上げて、その分、冷却水の流速を落とすことも可能となる。冷却水の流速を低下させれば構造材料の腐食代を減らすことができるため、機器の長寿命化や構造材の薄肉化を実現することができる。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１０…核融合炉、１１…真空容器、１２…核融合炉用ブランケット（ブランケット）、１３…超伝導コイル、１４…ダイバータ、１５…支持体、１６…配管、１７…増殖管、１８…筐体外壁、１９…筐体内壁、２０…筐体、２１…フランジ、２２…増殖層、２３…冷媒層、２４…増倍層、２５…リブ、２６…溶接部材、２７…一重壁筐体、２８…流路、３２…中性子反射体、３３…遮蔽部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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