(57)【要約】【課題】核融合炉用ブランケットおよびその支持構造について、構造的な健全性を維持しつつトリチウム増殖性能を確保する。【解決手段】核融合炉用ブランケット１５は核融合炉１０の真空容器１１の内側に沿って配された複数のブランケットモジュール１００を有する。複数のブランケットモジュール１００のそれぞれは、トリチウムの生成のための原料である増殖材と、この生成のための中性子の増倍のための増倍材と、これらを内包し両端が開放された円筒形状の筐体と、筐体の内部を冷却するための流路として形成された収納部内冷却水流路とを有する収納部と、収納部の両端を閉止するように設けられた冷却水用ヘッダとガス用ヘッダとをそれぞれ有する第１のヘッダユニットおよび第２のヘッダユニットとを備える。複数のブランケットモジュール１００は、それぞれのグループ内で互いに並列に、筐体の側面を核融合プラズマ１８に対向するように配置されている。【選択図】図３
2018124178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配された複数のブランケットモジュールを有する核融合炉用ブランケットであって、
前記複数のブランケットモジュールのそれぞれは、
前記核融合プラズマの燃料であるトリチウムの生成のための原料である増殖材と、前記トリチウムの生成のための中性子を増倍するための増倍材と、前記増殖材および前記増倍材を内包し両端が開放された円筒形状の筐体と、前記増殖材および前記増倍材が収納されている領域を冷却するための流路として形成された収納部内冷却水流路とを有する収納部と、
前記収納部の両端を閉止するように設けられて、前記収納部内冷却水流路と連通するとともに外部との冷却水連通口を有しヘッダ内冷却水流路が形成された冷却水用ヘッダと、前記増殖材または前記増倍材が配されている領域と連通するとともに外部とのガス連通口を有しヘッダ内ガス流路が形成されたガス用ヘッダとをそれぞれ有する第１ヘッダユニットおよび第２ヘッダユニットと、
を備え、
前記複数のブランケットモジュールは、それぞれのグループ内で互いに並列に、それぞれ前記筐体の側面を前記核融合プラズマに対向するように配置されていることを特徴とする核融合炉用ブランケット。
【請求項２】
前記複数のブランケットモジュールが互いに隣接してそれぞれが前記核融合プラズマに対向するように配された列が、前記核融合プラズマから離れる方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項３】
互いに前記核融合プラズマから離れる方向に互いに隣接する列同士のそれぞれにおける前記複数のブランケットモジュールのそれぞれの前記筐体の中心位置は、前記核融合プラズマに近い側の列の中で互いに隣接する前記筐体の間から、遠い側の列の前記筐体が見通せるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項４】
前記核融合プラズマに遠い方の前記列の前記ブランケットモジュール内の前記増殖材の質量の前記増倍材の質量に対する比は、前記核融合プラズマに近い方の列の前記ブランケットモジュール内の前記増殖材の質量の前記増倍材の質量に対する比よりも大きいことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項５】
前記グループの少なくとも一つにおいては、前記複数のブランケットモジュールのそれぞれは、その前記筐体の軸をポロイダル方向にして配されていることを特徴とする請求項１ないし請求項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】
前記グループの少なくとも一つにおいては、前記複数のブランケットモジュールのそれぞれは、その前記筐体の軸をトロイダル方向にして配されていることを特徴とする請求項１ないし請求項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】
前記第１ヘッダユニットおよび第２ヘッダユニットのそれぞれは、内側ヘッダと、前記内側ヘッダを挟んで前記収納部と軸方向の反対側にあって前記内側ヘッダに隣接する外側ヘッダとを具備し、
前記内側ヘッダは、
円筒状で側面に外側開口が形成された内側ヘッダ外胴と、
前記内側ヘッダ外胴の径方向内側に配された内側ヘッダ内胴と、
前記内側ヘッダ外胴および前記内側ヘッダ内胴のそれぞれの一方の端部において、前記内側ヘッダ外胴と前記内側ヘッダ内胴とに挟まれた空間の軸方向の一方を塞ぐ内側ヘッダ端板と、
を有し、
前記外側ヘッダは、
円筒状で側面に外側開口が形成された外側ヘッダ外胴と、
前記外側ヘッダ外胴の一方の端部を塞ぐ外側ヘッダ端板と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６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８】
前記第１ヘッダユニットおよび前記第２ヘッダユニットのそれぞれの前記内側ヘッダを前記冷却水用ヘッダとし、前記第１ヘッダユニットおよび前記第２ヘッダユニットのそれぞれの前記外側ヘッダを前記ガス用ヘッダとすることを特徴とする請求項７に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項９】
前記収納部内冷却水流路は、前記筐体の壁の内部に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８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１０】
前記複数のブランケットモジュールの少なくとも一つは、前記筐体の内部に配され増殖管外管と当該増殖管外管の径方向内側に配された増殖管内管とを有する増殖管をさらに有し、
前記増殖管内管の内側に前記収納部内冷却水流路が形成されかつ前記増殖管内管と前記増殖管外管との間の領域に前記増殖材が内包されているか、または前記増殖管内管の内側に前記増殖材が内包されかつ前記増殖管内管と前記増殖管外管との間の領域に前記収納部内冷却水流路が形成されているかのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項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】
前記複数のブランケットモジュールの少なくとも一つは、前記筐体の内部に配され増倍管外管と当該増倍管外管の径方向の内側に配された増倍管内管とを有する増倍管をさらに有し、
前記増倍管内管の内側に前記収納部内冷却水流路が形成されかつ前記増倍管内管と前記増倍管外管との間の領域に前記増倍材が内包されているか、または前記増倍管内管の内側に前記増倍材が内包されかつ前記増倍管内管と前記増倍管外管との間の領域に前記収納部内冷却水流路が形成されているかのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の核融合炉用ブランケット。
【請求項１２】
前記複数のブランケットモジュールの少なくとも一つは、前記筐体の径方向の内側に円筒状の仕切り筒をさらに有し、前記筐体と前記仕切り筒の間の領域に前記増殖材または前記増倍材を内包することを特徴とする請求項１から請求項１１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１３】
前記複数のブランケットモジュールのそれぞれが設置されている位置における核融合中性子の照射量およびエネルギースペクトルに応じて、前記円筒形状の筐体の板厚、筐体の直径、前記収納部内冷却水流路の本数、前記収納部に内包される増殖材または増倍材の種類、前記増殖材の厚みの少なくともいずれかを変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項１２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１４】
核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配された核融合炉用ブランケットの支持対象とする複数のブランケットモジュールのそれぞれの両端を支持し、前記真空容器から直接的または間接的に支持されるブランケット支持構造であって、
外部ノズルを有しかつ前記複数のブランケットモジュールのそれぞれの内側ヘッダの外部開口に対向するように形成された内部開口を有し、前記支持対象とする複数のブランケットモジュールが並ぶ方向に拡がる内側ブロックと、
外部ノズルを有しかつ前記複数のブランケットモジュールのそれぞれの外側ヘッダの外部開口に対向するように形成された内部開口を有し、前記支持対象とする複数のブランケットモジュールが並ぶ方向に拡がる外側ブロックと、
を備えることを特徴とするブランケット支持構造。
【請求項１５】
前記内側ブロックの軸方向の内側に配され、前記複数のブランケットモジュールのそれぞれから到来する中性子を前記複数のブランケットモジュール側に反射する中性子反射部材をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のブランケット支持構造。
【請求項１６】
核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配される複数のブランケットモジュールのそれぞれにおいて増殖材および増倍材を内包する筐体の壁内に冷却水流路を形成する筐体壁内冷却水流路の形成方法であって、
前記筐体の一方の面からドリルによって周方向に互いに間隔をあけて前記筐体の軸方向に前記筐体の長さの半分を超える距離を掘り進みそれぞれの穴を形成する第１のステップと、
前記筐体の他方の面からドリルによって前記それぞれの穴に対応する位置に前記筐体の軸方向に前記それぞれの穴に到達するまで掘り進み前記筐体壁内冷却水流路としてそれぞれの貫通孔を形成する第２のステップと、
を有することを特徴とする筐体壁内冷却水流路の形成方法。
【請求項１７】
核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配される複数のブランケットモジュールのそれぞれを組み立てるブランケットモジュール組み立て方法であって、
壁内に筐体壁内冷却水流路が形成された円筒状の筐体を有する収納部と、その軸方向の片側に、リング状であって周辺部は外部開口および前記筐体壁内冷却水流路に対応する内部開口が形成され中央部は軸方向に開放された中央空間を有する内側ヘッダとを、前記内側ヘッダの前記内部開口が前記収納部の側を向くように軸中心を合わせて軸方向に並べて配する第１の準備ステップと、
前記収納部の一方の軸方向の端部に前記内側ヘッダを隣接させ、前記筐体の径方向外側と前記内側ヘッダの対向部分とを密に接合し、かつ前記筐体の径方向内側と前記内側ヘッダの対向部分とを密に接合する内側ヘッダ取付けステップと、
円筒形であって外部開口および軸方向の片側が開放された内部開口を有する外側ヘッダを、前記外側ヘッダの前記内部開口が、前記収納部に取り付けられた前記内側ヘッダの側を向くように、軸中心を合わせて軸方向に並べて配する第２の準備ステップと、
前記内側ヘッダに前記外側ヘッダを隣接させ、前記内側ヘッダの径方向外側と前記外側ヘッダの径方向外側とを密に接合する外側ヘッダ取付けステップと、
を有し、
前記収納部の他方の端部についても、前記第１の準備ステップないし前記外側ヘッダ取付けステップを行うことを特徴とするブランケットモジュール組み立て方法。
【請求項１８】
核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配される複数のブランケットモジュールのそれぞれとこれを支持するブランケット支持構造とを組み立てるブランケット支持構造組み立て方法であって、
軸方向の両側に内側ヘッダの外部開口と前記内側ヘッダの軸方向外側に取り付けられた外側ヘッダの外部開口とをそれぞれ有するブランケットモジュールの一方の端部を、中空の円板状であって内側平板、外側平板および側板を有し前記内側平板および前記外側平板それぞれの中央に前記外側ヘッダおよび前記内側ヘッダが貫通する開口が形成された内側ブロックの前記開口に、前記内側ヘッダが軸方向に前記内側ブロック内に来る位置まで挿入する第１準備ステップと、
前記内側平板と前記内側ブロックとを径方向外側から密に接合し、かつ前記外側平板と前記内側ブロックとを径方向外側から密に接合する内側ブロック接合ステップと、
円筒状の側板と外側平板を有し外側平板の軸方向の反対側には内部開口が形成されている外側ブロックをその内部開口が前記内側ブロックの側になるように軸芯を合わせて配列させる第２準備ステップと、
前記外側ブロックの前記側板と前記内側ブロックの前記側板とを径方向の外側から密に接合する外側ブロック接合ステップと、
を有し、
前記ブランケットモジュールの他方の端部についても、前記第１の準備ステップ、前記内側ブロック接合ステップ、前記第２準備ステップおよび前記外側ブロック接合ステップを行うことを特徴とするブランケット支持構造組み立て方法。
【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、ブランケット支持構造、筐体壁内冷却水流路の形成方法、ブランケットモジュール組み立て方法およびブランケット支持構造組み立て方法に関する。
【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ほとんど存在しないため、核融合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設けられる。
【０００３】
ブランケットとして、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る例がある。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、熱を回収するために冷却水を供給し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設けられる。
【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頂部の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、製作性の確保と、比較的大きいトリチウム増殖比の確保とを両立できる方式として、二重の球殻部および二重の円筒部で構成した円筒型ブランケットを、球殻部が核融合プラズマに対向するように配置する概念が知られている。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
【非特許文献３】長谷川晃、他、核融合炉を成立させる最適な材料、日本原子力学会誌、Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．８（２００５）
【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および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要素のバランスをと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との比率を表すトリチウム増殖比（ＴＢＲ：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、１．０５以上のＴＢＲを達成することが望ましい。しかしながら、ダイバータその他の真空容器内の構造物を設置するなどにより、ブランケットを真空容器の内面の全面に配置することはできないため、ブランケット単体では１．２５以上のＴＢＲを達成することが望まれる。
【００１０】
また、除熱性能からは、ブランケットの筐体の材料、増殖材、および増倍材に対して、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付加される電磁力などに耐えられることが要件となる。
【００１１】
冷却水は、たとえば、１５．５ＭＰａ、３００℃程度で供給される。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存在比率が増えれば、中性子が構造材に吸収され減衰する量が増加するため、トリチウム増殖比は低下する。
【００１２】
一方、球殻部と円筒部を有するブランケットは、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。
【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の上限値が決まり、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の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存在比率が大きくなる。
【００１４】
さらに、前記のような特徴を有する球殻部と円筒部を有するブランケットでは、筐体外壁の球殻部をプラズマに対向させて配置するため、真空容器内面に隙間なく筐体を敷き詰めることができず、核融合反応で生成された中性子の一部は、隣り合う筐体同士の隙間を通り抜け、筐体内の増殖材、増倍材と核反応しないまま後方に失われるという問題もある。
【００１５】
このように、箱形状のブランケットの場合も、球殻部と円筒部を有するブランケットの場合も、いずれも、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。
【００１６】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、核融合炉用ブランケットおよびその支持構造について、構造的な健全性を維持しつつトリチウム増殖性能を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配された複数のブランケットモジュールを有する核融合炉用ブランケットであって、前記複数のブランケットモジュールのそれぞれは、前記核融合プラズマの燃料であるトリチウムの生成のための原料である増殖材と、前記トリチウムの生成のための中性子を増倍するための増倍材と、前記増殖材および前記増倍材を内包し両端が開放された円筒形状の筐体と、前記増殖材および前記増倍材が収納されている領域を冷却するための流路として形成された収納部内冷却水流路とを有する収納部と、前記収納部の両端を閉止するように設けられて、前記収納部内冷却水流路と連通するとともに外部との冷却水連通口を有しヘッダ内冷却水流路が形成された冷却水用ヘッダと、前記増殖材または前記増倍材が配されている領域と連通するとともに外部とのガス連通口を有しヘッダ内ガス流路が形成されたガス用ヘッダとをそれぞれ有する第１ヘッダユニットおよび第２ヘッダユニットと、を備え、前記複数のブランケットモジュールは、それぞれのグループ内で互いに並列に、それぞれ前記筐体の側面を前記核融合プラズマに対向するように配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の実施形態は、核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配された核融合炉用ブランケットの支持対象とする複数のブランケットモジュールのそれぞれの両端を支持し、前記真空容器から直接的または間接的に支持されるブランケット支持構造であって、外部ノズルを有しかつ前記複数のブランケットモジュールのそれぞれの内側ヘッダの外部開口に対向するように形成された内部開口を有し、前記支持対象とする複数のブランケットモジュールが並ぶ方向に拡がる内側ブロックと、外部ノズルを有しかつ前記複数のブランケットモジュールのそれぞれの外側ヘッダの外部開口に対向するように形成された内部開口を有し、前記支持対象とする複数のブランケットモジュールが並ぶ方向に拡がる外側ブロックと、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の実施形態は、核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配される複数のブランケットモジュールのそれぞれにおいて増殖材および増倍材を内包する筐体の壁内に冷却水流路を形成する筐体壁内冷却水流路の形成方法であって、前記筐体の一方の面からドリルによって周方向に互いに間隔をあけて前記筐体の軸方向に前記筐体の長さの半分を超える距離を掘り進みそれぞれの穴を形成する第１のステップと、前記筐体の他方の面からドリルによって前記それぞれの穴に対応する位置に前記筐体の軸方向に前記それぞれの穴に到達するまで掘り進み筐体壁内冷却水流路としてそれぞれの貫通孔を形成する第２のステップと、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の実施形態は、核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配される複数のブランケットモジュールのそれぞれを組み立てるブランケットモジュール組み立て方法であって、壁内に筐体壁内冷却水流路が形成された円筒状の筐体を有する収納部と、その軸方向の片側に、リング状であって周辺部は外部開口および前記筐体壁内冷却水流路に対応する内部開口が形成され中央部は軸方向に開放された中央空間を有する内側ヘッダとを、前記内側ヘッダの前記内部開口が前記収納部の側を向くように軸中心を合わせて軸方向に並べて配する第１の準備ステップと、前記収納部の一方の軸方向の端部に前記内側ヘッダを隣接させ、前記筐体の径方向外側と前記内側ヘッダの対向部分とを密に接合し、かつ前記筐体の径方向内側と前記内側ヘッダの対向部分とを密に接合する内側ヘッダ取付けステップと、円筒形であって外部開口および軸方向の片側が開放された内部開口を有する外側ヘッダを、前記外側ヘッダの前記内部開口が、前記収納部に取り付けられた前記内側ヘッダの側を向くように、軸中心を合わせて軸方向に並べて配する第２の準備ステップと、前記内側ヘッダに前記外側ヘッダを隣接させ、前記内側ヘッダの径方向外側と前記外側ヘッダの径方向外側とを密に接合する外側ヘッダ取付けステップと、を有し、前記収納部の他方の端部についても、前記第１の準備ステップないし前記外側ヘッダ取付けステップを行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の実施形態は、核融合プラズマを生成する核融合炉の真空容器の内側に沿って配される複数のブランケットモジュールのそれぞれとこれを支持するブランケット支持構造とを組み立てるブランケット支持構造組み立て方法であって、軸方向の両側に内側ヘッダの外部開口と前記内側ヘッダの軸方向外側に取り付けられた外側ヘッダの外部開口とをそれぞれ有するブランケットモジュールの一方の端部を、中空の円板状であって内側平板、外側平板および側板を有し前記内側平板および前記外側平板それぞれの中央に前記外側ヘッダおよび前記内側ヘッダが貫通する開口が形成された内側ブロックの前記開口に、前記内側ヘッダが軸方向に前記内側ブロック内に来る位置まで挿入する第１準備ステップと、前記内側平板と前記内側ブロックとを径方向外側から密に接合し、かつ前記外側平板と前記内側ブロックとを径方向外側から密に接合する内側ブロック接合ステップと、円筒状の側板と外側平板を有し外側平板の軸方向の反対側には内部開口が形成されている外側ブロックをその内部開口が前記内側ブロックの側になるように軸芯を合わせて配列させる第２準備ステップと、前記外側ブロックの前記側板と前記内側ブロックの前記側板とを径方向の外側から密に接合する外側ブロック接合ステップと、を有し、前記複数のブランケットモジュールのそれぞれの他方の端部についても、前記第１の準備ステップ、前記内側ブロック接合ステップ、前記第２準備ステップおよび前記外側ブロック接合ステップを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施形態によれば、核融合炉用ブランケットおよびその支持構造について、構造的な健全性を維持しつつトリチウム増殖性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る核融合炉の真空容器周りのコイルの概念的な構成を示す鳥瞰図である。
【図２】第１の実施形態に係る核融合炉の真空容器内の磁場を説明する概念的な鳥瞰図であり、（ａ）はトロイダル磁場、（ｂ）はポロイダル磁場、（ｃ）は全体合成磁場を示す。
【図３】第１の実施形態に係る核融合炉の構成を示す図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視部分立断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る核融合炉の構成を示す図３のＩＶ−ＩＶ線矢視水平断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの配置を説明する部分水平断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部の構成を示す図７のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部の構成を示す図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールのヘッダの構成を示す鳥瞰図である。
【図９】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部とヘッダとの組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は収納部と内側ヘッダとの接続後、（ｃ）は内側ヘッダと外側ヘッダとの接続後の状態を示す。
【図１０】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。
【図１１】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの変形例の構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケット支持構造のブランケットユニットとの接続部を示す鳥瞰図である。
【図１３】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールとブランケット支持構造との組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図である。
【図１４】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケット支持構造を含むブランケットユニットの構成を示す鳥瞰図である。
【図１５】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールとブランケット支持構造との組立て手順の変形例の各ステップの状態を示す状態移行図である。
【図１６】第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの筐体の孔開け加工を示す概念的な説明図である。
【図１７】第２の実施形態に係る核融合炉用ブランケットを含む真空容器内の構成を示す図１８のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視部分立断面図である。
【図１８】第２の実施形態に係る核融合炉用ブランケットを含む真空容器内の構成を示す図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線矢視水平断面図である。
【図１９】第２の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの配置を説明する部分立断面図である。
【図２０】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部の構成を示す図２１のＸＸ−ＸＸ線矢視断面図である。
【図２１】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部の構成を示す図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線矢視断面図である。
【図２２】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの増殖管の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。
【図２３】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの増倍管の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。
【図２４】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの増殖管の変形例の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。
【図２５】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの増倍管の変形例の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。
【図２６】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。
【図２７】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部とヘッダとの組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は収納部の内側ヘッダ板の取り付け、及び増殖管内管の挿入後、（ｃ）は内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板の取り付け直前、（ｄ）は外側ヘッダの端板の取り付け直前の状態を示す。
【図２８】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのヘッダの連通管付きの状態の内側ヘッダ板の斜視図である。
【図２９】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのヘッダの内側ヘッダ端部小径円板の斜視図である。
【図３０】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのヘッダの内側ヘッダ内胴の斜視図である。
【図３１】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのヘッダの内側ヘッダ端部大径円板の斜視図である。
【図３２】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの変形例の構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。
【図３３】第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの変形例の収納部とヘッダとの組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は収納部の内側ヘッダ板の取り付けと増殖管内管の挿入後、且つ内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板の取り付け前（ｃ）は内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板後、（ｄ）は中間ヘッダの端板の取り付け直前、（ｅ）は外側ヘッダ端板の取り付け直前、（ｆ）は外側ヘッダの端板の取り付け後の状態を示す。
【図３４】第４の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部の構成を示す図３５のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線矢視断面図である。
【図３５】第４の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部の構成を示す図３４のＸＸＸＶ−ＸＸＸＶ線矢視断面図である。
【図３６】第４の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。
【図３７】第４の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部とヘッダとの組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は収納部の内側ヘッダ板の取り付け後、かつ、内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板の取り付け前、（ｃ）は内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板の取り付け後、かつ、中間ヘッダ端板の取り付け前、（ｄ）は外側ヘッダ端板の取り付け前の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る核融合炉用ブランケット、ブランケット支持構造、筐体壁内冷却水流路の形成方法、ブランケットモジュール組み立て方法およびブランケット支持構造組み立て方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る核融合炉の真空容器周りのコイルの概念的な構成を示す鳥瞰図である。
【００２６】
トカマク型の核融合炉１０においては、ドーナツ状で、長手方向に垂直な断面の形状がほぼＤ字形の形状の真空容器１１が設けられている。以下、真空容器１１の長手方向に沿った円を大円、真空容器１１のドーナツの中心軸ＣＬを含む平面で切った真空容器１１の断面まわりの想定上の円を小円と呼ぶこととする。
【００２７】
真空容器１１の外側には、超電導コイルが設けられており、全体がクライオスタット（図示せず）内に収容され、超電導コイルは低温状態に維持される。超電導コイルとしては、真空容器１１の外側の空間に、トロイダルコイル１２、ポロイダルコイル（図示せず）およびセンターソレノイドコイル（図示せず）が設けられている。センターソレノイドコイルは、真空容器１１のドーナツの中心の空間に設けられている。なお、これらのコイルは超電導コイルには限定されない。
【００２８】
トロイダルコイル１２は、真空容器１１の長手方向に沿って互いに間隔をあけて複数が配置されている。複数のトロイダルコイル１２のそれぞれは、小円を囲むように配されている。それぞれのトロイダルコイル１２においては、真空容器１１の長手方向の一方向に関して、互いに同一方向の電流が流れるように構成されている。
【００２９】
また、ポロイダルコイルは、真空容器１１の長手方向に沿って、すなわち大円と同心に、複数本が、小円まわりに互いに間隔をあけて配されている。プラズマ電流１３ｂについては後述する。
【００３０】
図２は、第１の実施形態に係る核融合炉の真空容器内の磁場を説明する概念的な鳥瞰図であり、（ａ）はトロイダル磁場、（ｂ）はポロイダル磁場、（ｃ）は全体合成磁場を示す。
【００３１】
（ａ）に示すトロイダル磁場１２ａは、設置されている複数のトロイダルコイル１２によって形成される磁場の合成磁場である。トロイダル磁場１２ａは、真空容器１１内で真空容器１１の長手方向すなわち、大円の方向に沿って形成される。このトロイダル磁場１２ａの方向を、以下、トロイダル方向と呼び、磁場の外側の領域についても使用することとする。
【００３２】
（ｂ）に示すポロイダル磁場１３ａは、プラズマ内に誘導されるプラズマ電流１３ｂによって形成される磁場の合成磁場である。ポロイダル磁場１３ａは、真空容器１１内で真空容器１１の小円の方向に沿って形成される。このポロイダル磁場１３ａの方向を、以下、ポロイダル方向と呼び、磁場の外側の領域についても使用することとする。
【００３３】
（ｃ）に示す全体合成磁場１４は、トロイダル磁場１２ａ、およびポロイダル磁場１３ａの全体合成磁場である。この全体合成磁場１４は、プラズマの中心軸に向かうような捻じれた磁場である。この結果、核融合プラズマの閉じ込めが可能となる。
【００３４】
図３は、第１の実施形態に係る核融合炉の構成を示す図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視部分立断面図である。また、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視水平断面図である。なお、核融合プラズマ１８は、核融合炉１０が運転状態の場合に、真空容器１１内に存在する核融合プラズマを示している。なお、図３および図４では、真空容器１１の外側に設けられているトロイダルコイル１２、ポロイダルコイル１３、およびこれらを収納するクライオスタット等の図示は省略している。
【００３５】
図３および図４に示す座標軸は、真空容器１１のドーナツの中心軸ＣＬの方向を座標軸Ｚ、ドーナツの径方向を座標軸Ｘ、トロイダル方向を座標軸Ｙとしている。
【００３６】
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。発生した高温の核融合プラズマ１８は、前記のようにトロイダルコイル１２およびポロイダルコイル１３などによる全体合成磁場１４によって、真空容器１１の内部に保持される。核融合プラズマ１８の内部では、重水素とトリチウムの核融合反応が発生し、ヘリウムと中性子が生成される。
【００３７】
ポロイダルコイル１３の鉛直方向の下方には、図示しないダイバータコイルが設けられており、ダイバータコイルによる磁場とポロイダル磁場１３ａが重なった結果、ポロイダル磁場１３ａがゼロとなるヌル点およびヌル点を含む磁力面であるプラズマ境界が生成される。プラズマ境界の外側では、磁力線が内部にとどまることはなく、このため、プラズマ境界の外側の領域に存在するプラズマ粒子は、プラズマ境界に沿って流出する。この粒子および熱的エネルギーを真空容器１１の内部で捕獲するために、ダイバータ１６が設けられている。ダイバータ１６は、核融合反応により生じたヘリウム等の排気を行うとともに、ダイバータ１６に流れてきた熱エネルギーの排出・回収を行う。
【００３８】
真空容器１１の内側には、ダイバータ１６の他に、図示していないが、核融合プラズマ１８にエネルギーを付与するための電子サイクロトロン共鳴加熱（ＥＣＨ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ）装置や、プラズマ中に高エネルギー粒子を注入する中性粒子ビーム入射加熱（ＮＢＩ：Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｈｅａｔｉｎｇ）装置などの一部も、設けられている。
【００３９】
真空容器１１内のダイバータ１６、ＥＣＨ、およびＮＢＩなどが設けられていない領域では、真空容器１１の内面に沿って、核融合プラズマ１８を囲むように核融合炉用ブランケット１５が設けられている。核融合炉用ブランケット１５は、複数のブランケットモジュール１００およびこれらを支持するブランケット支持構造１４０を有する。ブランケットモジュール１００は、後述するように、円柱状に延びた収納部１１０を有する（図６、図７）。ブランケット支持構造１４０は、真空容器１１から、直接的にまたは間接的に支持構造（図示せず）を介して支持される。
【００４０】
図３および図４に示すように、それぞれのブランケットモジュール１００は、収納部１１０の側面を核融合プラズマ１８に対向させるように配列されている。具体的には、それぞれのブランケットモジュール１００は、その収納部１１０の軸がポロイダル方向となるように、核融合プラズマ１８の周囲を囲んで配置されている。
【００４１】
図５は、ブランケットモジュールの配置を説明する部分水平断面図であり、図４のＡ部の詳細を示している。それぞれのブランケットモジュール１００の円筒状の収納部１１０は、核融合プラズマ１８に対向するように列をなして配列されている。また、列は、図５に示すように、核融合プラズマ１８に最も近い第１列、核融合プラズマ１８から見て第１列より奥、すなわち、真空容器１１に近い方向に、順に第２列および第３列と、複数の列が形成されている。
【００４２】
互いに隣接する列を形成するそれぞれのブランケットモジュール１００の位置関係は、以下のように設定されている。
【００４３】
今、第１列内で、互いに隣接する２つのブランケットモジュール１００をそれぞれ、Ｍ１およびＭ２とする。また、第１列に隣接する第２列のうち、Ｍ１とＭ２に最も近いブランケットモジュール１００をＭ３とする。この場合、Ｍ１の内部およびＭ２の内部を通過せずに、Ｍ１とＭ２の間を通過する方向を方向Ｄ１とする。この方向Ｄ１は、核融合プラズマ１８からみて、Ｍ１とＭ２の間から、その後ろすなわちＭ３が最も見える方向でもある。このとき、Ｍ３の位置は、Ｄ１の延長線がその内部を通過するような位置に配置されている。なお、Ｍ３は、その中心がＤ１の延長線上の近傍の位置にあるような場合が最も好ましい。第２列を構成するブランケットモジュール１００と第３列を構成するブランケットモジュール１００も同様の関係、すなわち、互いにそれぞれの列を構成するブランケットモジュール１００の配置が、核融合プラズマ１８からみて、塞いでいるように配置されている。
【００４４】
なお、列は、必ずしも複数列でなくともよい。但し、この場合は、真空容器１１を核融合プラズマ１８からの一次中性子を有効に利用し、放射線遮へいおよび熱的遮へいをするために必要な措置、たとえば、それぞれのブランケットモジュール１００の筐体１１１（図６、７）の直径を大きくし、厚さを十分に確保するなどを行うものとする。
【００４５】
図６は、ブランケットモジュールの収納部の構成を示す図７のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。また、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【００４６】
ブランケットモジュール１００の収納部１１０は、円柱状の外形であり、円筒状で軸方向の両側が開放されている筐体１１１、および筐体１１１に内包される増殖材１１２および増倍材１１５を有する。
【００４７】
筐体１１１は、核融合プラズマ１８から直視できる範囲のものは、第一壁、すなわち、核融合プラズマ１８に直接対向する最初の壁となるため、少なくともこの範囲のものは、中性子照射を受ける第一壁であることを考慮した材料を使用する。第一壁の材料としては、たとえば、特別に成分調整された低放射化フェライト鋼（例えば、Ｆ８２Ｈ）、バナジウム合金、あるいはＳｉＣ／ＳｉＣ複合材などがある。
【００４８】
筐体１１１の壁内には、収納部内冷却水流路として、互いに周方向に間隔をあけて配され軸方向に貫通する複数の筐体壁内冷却水流路１１１ａが形成されている。筐体壁内冷却水流路１１１ａの断面の形状は、たとえば図６に示すように円形であるが、これ以外の、たとえば、楕円形状あるいは多角形の形状等であってもよい。
【００４９】
増殖材１１２は、核融合反応の燃料であるトリチウムを生成するための原料であり、リチウムを用いる。リチウムからトリチウム（３Ｈ）を生成する主たる核反応は、以下の式（１）で表される。
６Ｌｉ  ＋  １ｎ  →  ３Ｈ  ＋  ４Ｈｅ  ＋  ４．８ＭｅＶ      ・・・（１）
式（１）の反応は、熱中性子領域で反応断面積が大きくなる。
【００５０】
リチウムは、たとえば、チタン酸リチウム（Ｌｉ２ＴｉＯ３）あるいは酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）などを用いることができる。また、リチウムは、天然には、６Ｌｉと７Ｌｉとがあるので、６Ｌｉを濃縮したものを使用してもよい。
【００５１】
増倍材１１５は、トリチウム生成の反応に必要な中性子の量を確保するために、核融合反応により生成される１次中性子から核反応により２次中性子を生成する、すなわち中性子を増倍するための原料である。材料としては、（ｎ，２ｎ）反応の反応断面積が起きく、融点が高くかつ熱伝導率が大きなベリリウム（Ｂｅ）を用いる。Ｂｅの主な反応は以下の式（２）で表される。
９Ｂｅ  ＋  １ｎ  →  ２４Ｈｅ  ＋  ２１ｎ  −  ２．５ＭｅＶ  ・・・（２）
式（２）の反応は、高速中性子領域で反応断面積が大きくなる。
【００５２】
ベリリウムとしては、たとえば、ベリリウム金属あるいはベリチタン（Ｂｅ１２Ｔｉ）などを用いることができる。
【００５３】
式（１）ないし式（２）に示すように、リチウムからトリチウム（３Ｈ）を生成する主たる核反応、およびベリリウムを用いて中性子を増倍する反応のいずれにおいても、ヘリウムが生成される。ヘリウムガスにより材料の膨張が生ずるため、増殖材１１２および増倍材１１５は、ペブルとよばれる直径１ないし２ｍｍの小球の形態で使用する。ペブルは、多孔体であり、前記の反応により内部で発生したヘリウムおよびトリチウムは、たとえば、ヘリウムなどの搬送ガスを流すことにより、流出させ、トリチウムを回収することができる。
【００５４】
筐体１１１の内部には、それぞれベプル状にした増殖材１１２および増倍材１１５を混合して収納する。
【００５５】
図８は、第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールのヘッダの構成を示す鳥瞰図である。それぞれのブランケットモジュール１００において、円柱状の収納部１１０の軸方向の両端のそれぞれには、両端を閉止するように第１ヘッダユニット１２０ａおよび第２ヘッダユニット１２０ｂが設けられている。第１ヘッダユニット１２０ａと第２ヘッダユニット１２０ｂは、それぞれ主要部は基本的に互いに同一の構成および形状である。ただし、入口側、出口側のそれぞれの条件に基づいて、部分的には互いに異なる構造としてもよい。また、主要部の寸法も互いに異なるものでもよい。以降、第１ヘッダユニット１２０ａと第２ヘッダユニット１２０ｂを総称してヘッダと呼ぶこととする。
【００５６】
ヘッダは、図８に示すように、内側ヘッダ１２１と外側ヘッダ１２５とを有する。内側ヘッダ１２１と外側ヘッダ１２５は、それぞれ外形が円筒状であり、互いに同一の外径を有する。
【００５７】
内側ヘッダ１２１は、内側ヘッダ外胴１２１ａ、内側ヘッダ内胴１２１ｂおよび内側ヘッダ端板１２１ｃを有する。内側ヘッダ内胴１２１ｂと内側ヘッダ外胴１２１ａとは、互いに同心に配され、内側ヘッダ内胴１２１ｂと内側ヘッダ外胴１２１ａとに挟まれたアニュラス領域の一方の端部は、内側ヘッダ端板１２１ｃによって閉止されている。また、内側ヘッダ内胴１２１ｂと内側ヘッダ外胴１２１ａそれぞれの他方の端部は、軸方向に同一の位置、すなわち、仮想的な同一平面上にあり、アニュラス領域のこの位置において内側開口１２１ｅを形成する。
【００５８】
内側ヘッダ外胴１２１ａには、２つの外側開口１２１ｄが形成されている。なお、外側開口１２１ｄの数は、１つあるいは３つ以上でもよい。また、外側開口１２１ｄの形状は、円形、楕円形あるいは多角形でもよい。内側ヘッダ１２１内の内部空間１２１ｆは、外側開口１２１ｄと内側開口１２１ｅのみを開口部としている。
【００５９】
外側ヘッダ１２５は、円筒状の外側ヘッダ外胴１２５ａと、円筒の一方の端部を閉止するように設けられた外側ヘッダ端板１２５ｂとを有する。外側ヘッダ外胴１２５ａには、２つの外側開口１２５ｃが形成されている。なお、外側開口１２５ｃの数は、１つあるいは３つ以上でもよい。また、外側開口１２５ｃの形状は、円形、楕円形あるいは多角形でもよい。円筒の他方の端部は、内側開口１２５ｄを形成する。外側ヘッダ１２５内の内部空間１２５ｅは、外側開口１２５ｃと内側開口１２５ｄのみを開口部としている。
【００６０】
図９は、第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部とヘッダとの組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は収納部と内側ヘッダとの接続後、（ｃ）は内側ヘッダと外側ヘッダとの接続後の状態を示す。
【００６１】
まず、図９（ａ）に示すように、壁内に筐体壁内冷却水流路１１１ａが形成された円筒状の筐体１１１を有する収納部１１０の軸方向の片側に、内側ヘッダ１２１を収納部１１０に軸中心を合わせて軸方向に配列する。
【００６２】
内側ヘッダ１２１は、リング状であって、周辺部には、外側開口１２１ｄおよび筐体壁内冷却水流路１１１ａに対応する内側開口１２１ｅが形成され、中央部には、軸方向の両側に開放された中央空間１２１ｇを有する。詳細には、内側ヘッダ１２１を、内側ヘッダ１２１の内側開口１２１ｅが収納部１１０の側を向くように配列する。
【００６３】
また、円筒形であって外側開口１２５ｃおよび軸方向の片側が開放された内側開口１２５ｄを有する外側ヘッダ１２５を、その内側開口１２５ｄが内側ヘッダ１２１の内側ヘッダ端板１２１ｃ側に向くような向きに設定する。なお、外側ヘッダ１２５の設定は、その内側ヘッダ１２１への接合直前でもよい。
【００６４】
次に、図９（ｂ）に示すように、内側ヘッダ１２１を収納部１１０と接続する。具体的には、収納部１１０の一方の軸方向の端部に内側ヘッダ１２１を隣接させる。ここで、隣接させるとは、両者を密着させるか、あるいは、溶接あるいはロー付のための所定の間隙を確保する位置関係に設定することをいうものとする。収納部１１０に内側ヘッダ１２１を隣接させた後に、筐体１１１の径方向外側と内側ヘッダ１２１の対向部分が隣接するＷ１部を外側から密に接合する。ここで密に接合とは、溶接あるいはロー付けによりシール性能を確保するように接合することをいうものとする。また、筐体１１１の径方向内側と内側ヘッダ１２１の対向部分が隣接するＷ２部を内側から密に接合する。
【００６５】
この結果、内側ヘッダ１２１の内部空間１２１ｆは、収納部１１０の筐体壁内冷却水流路１１１ａと連通する。また、内側ヘッダ１２１の中央空間１２１ｇは、収納部１１０の収納空間１１１ｂと連通する。
【００６６】
次に、図９（ｃ）に示すように、外側ヘッダ１２５を内側ヘッダ１２１に隣接させ、内側ヘッダ１２１の径方向外側と外側ヘッダ１２５の径方向外側が隣接するＷ３部を外側から密に接合する。この結果、外側ヘッダ１２５の内部空間１２５ｅは、内側ヘッダ１２１の中央空間１２１ｇと連通する。
【００６７】
図９では、収納部１１０の軸方向の片側のみの接続の手順の状態を示したが、これと軸方向に反対側の収納部１１０の端部についても、同様の手順で、ヘッダと結合することができる。
【００６８】
この結果、収納部１１０の筐体壁内冷却水流路１１１ａは、両端のヘッダの内部空間１２１ｆと連通し、外側開口１２１ｄのみで外部と連通する密閉空間となる。また、収納部１１０の収納空間１１１ｂは、内側ヘッダ１２１の中央空間１２１ｇおよび外側ヘッダ１２５の内部空間１２５ｅと連通し、外側開口１２５ｃのみで外部と連通する密閉空間となる。
【００６９】
図１０は、核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。ブランケットモジュール１００は、収納部１１０と、その入口側に設けられた入口側ヘッダユニット１３０ａと、出口側に設けられた出口側ヘッダユニット１３０ｂとを有する。入口側ヘッダユニット１３０ａと出口側ヘッダユニット１３０ｂはそれぞれ、図８で説明したヘッダユニットと同一の構造を有するが、入口側と出口側を区別し、流体の流れを明確にするために、以下、必要に応じて、それぞれに固有の名称および符号を付している。具体的には、以下のとおりである。
【００７０】
入口側ヘッダユニット１３０ａは、第１ヘッダユニット１２０ａに対応し、第１ヘッダユニット１２０ａの内側ヘッダ１２１に対応する冷却水入口ヘッダ１３１、外側ヘッダ１２５に対応するガス入口ヘッダ１３２を有する。
【００７１】
冷却水入口ヘッダ１３１は、外側開口１２１ｃに対応する冷却水入口外部開口１３１ａを有し、また、冷却水入口内部開口１３１ｂで、収納部１１０の筐体１１１に形成された複数の筐体壁内冷却水流路１１１ａと連通している。ガス入口ヘッダ１３２は、外側開口１２１ｃに対応するガス入口外部開口１３２ａを有し、ガス入口内部開口１３２ｂで、冷却水入口ヘッダ１３１の中央空間を介して、収納部１１０の収納空間１１１ｂと連通している。
【００７２】
また、冷却水入口ヘッダ１３１の中央空間１２１ｇおよびガス入口ヘッダ１３２の内部空間１２５ｅにも、増殖材１１２および増倍材１１５のペブルが充填されている。冷却水出口ヘッダ１３３およびガス出口ヘッダ１３４についても同様である。前記のぺブルは、外側開口１２５ｃから充填を行い、充填後はメッシュ等で開口を仕切ることにより保持することができる。
【００７３】
出口側ヘッダユニット１３０ｂは、第２ヘッダユニット１２０ｂに対応し、第２ヘッダユニット１２０ｂの内側ヘッダ１２１に対応する冷却水出口ヘッダ１３３、外側ヘッダ１２５に対応するガス出口ヘッダ１３４を有する。
【００７４】
冷却水出口ヘッダ１３３は、外側開口１２５ｃに対応する冷却水出口外部開口１３３ｂを有し、また、冷却水出口内部開口１３３ａで、収納部１１０の筐体１１１に形成された複数の筐体壁内冷却水流路１１１ａと連通している。ガス出口ヘッダ１３４は、外側開口１２５ｃに対応するガス出口外部開口１３４ｂを有し、ガス出口内部開口１３４ａで、冷却水出口ヘッダ１３３の中央空間を介して、収納部１１０の収納空間１１１ｂと連通している。
【００７５】
以上のように、第１ヘッダユニット１２０ａに対応する入口側ヘッダユニット１３０ａおよび第２ヘッダユニット１２０ｂに対応する出口側ヘッダユニット１３０ｂにおいて、冷却水用ヘッダ、すなわち冷却水入口ヘッダ１３１および冷却水出口ヘッダ１３３のそれぞれが、収納部１１０内の収納部内冷却水流路である筐体壁内冷却水流路１１１ａと連通することにより、ヘッダ内冷却水流路が形成される。また、入口側ヘッダユニット１３０ａおよび出口側ヘッダユニット１３０ｂはそれぞれ、外部との冷却水連通口である冷却水入口外部開口１３１ａおよび冷却水出口外部開口１３３ｂを有している。
【００７６】
また、以上のように、ガス用ヘッダ、すなわちガス入口ヘッダ１３２およびガス出口ヘッダ１３４のそれぞれは、収納部１１０の増殖材１１２および増倍材１１５が配されている収納空間１１１ｂと連通する。またガス用ヘッダには、ヘッダ内ガス流路が形成され、外部とのガス連通口であるガス入口外部開口１３２ａあるいはガス出口外部開口１３４ｂを有している。
【００７７】
収納部１１０の収納空間１１１ｂ内には、増殖材１１２および増倍材１１５が充填されている。また、冷却水入口ヘッダ１３１および冷却水出口ヘッダ１３３の中央空間１２１ｇと、ガス入口ヘッダ１３２およびガス出口ヘッダ１３４の内部空間１２５ｅにも、増殖材１１２および増倍材１１５が充填されている。これら収納空間等の空間は、前記のように、連通しており、搬送ガスおよび生成したトリチウムが通過可能に形成されている。なお、ペブルの保持は、たとえば、ガス入口外部開口１３２ａ、ガス出口外部開口１３４ｂをメッシュあるいは多孔板等で仕切ることにより可能である。
【００７８】
前述の式（１）で表される増殖材１１２と中性子との反応により生じたトリチウムおよびヘリウムと、前述の式（２）で表される増倍材１１５と中性子との反応により生じたヘリウムを回収あるいは除去するために、収納空間１１１ｂ等の空間内に搬送ガスを流す。搬送ガスはたとえばヘリウムガスである。
【００７９】
ここで、ブランケットモジュール１００のそれぞれが設置されている位置における核融合中性子の照射量およびエネルギースペクトルに応じて、円筒形状の筐体の板厚、筐体の直径、増殖材と増倍材の重量比の少なくともいずれかを変化させてもよい。
【００８０】
搬送ガスは、入口側ヘッダユニット１３０ａのガス入口ヘッダ１３２に形成されたガス入口外部開口１３２ａからガス入口ヘッダ１３２に流入し、冷却水入口ヘッダ１３１の中央空間を通過して、収納部１１０の収納空間１１１ｂに流入する。収納空間１１１ｂに流入した搬送ガスは、増殖材１１２および増倍材１１５それぞれのペブルを通過しながら、ペブル内で発生したトリチウムおよびヘリウムを伴い、収納空間１１１ｂから、冷却水出口ヘッダ１３３の中央空間に流入する。冷却水出口ヘッダ１３３の中央空間に流入した搬送ガスは、中央空間を通過して、ガス出口ヘッダ１３４に流入し、ガス出口ヘッダ１３４に形成されたガス出口外部開口１３４ｂから流出する。
【００８１】
一方、冷却水は、入口側ヘッダユニット１３０ａの冷却水入口ヘッダ１３１に形成された冷却水入口外部開口１３１ａから冷却水入口ヘッダ１３１の内部空間に流入し、冷却水入口ヘッダ１３１から、収納部１１０の筐体１１１に形成された複数の筐体壁内冷却水流路１１１ａに流入する。筐体壁内冷却水流路１１１ａに流入した冷却水は、冷却水出口ヘッダ１３３の内部空間に流入する。冷却水出口ヘッダ１３３の内部空間に流入した冷却水は、冷却水出口ヘッダ１３３に形成された冷却水出口外部開口１３３ｂから流出する。
【００８２】
図１１は、第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの変形例の構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。この変形例は、収納部１１０の内部に冷却水配管を配置して冷却性能を高めた構成である。具体的には、ガス入口ヘッダ１３２の軸方向外側に別の冷却水入口ヘッダ１３５を設け、また、ガス出口ヘッダ１３４の軸方向外側に別の冷却水出口ヘッダ１３６を設ける。冷却水入口ヘッダ１３５には冷却水入口外部ヘッダ１３５ａが形成され、冷却水出口ヘッダ１３６には冷却水出口外部開口１３６ｂが形成されている。また、増殖材１１２および増倍材１１５が充填されている領域を、軸方向に貫通し、冷却水入口ヘッダ１３５および冷却水出口ヘッダ１３６に連通する複数の冷却水配管１３７が設けられている。
【００８３】
いま、増殖材１１２および増倍材１１５として用いる材料の望ましい上限温度は、おおよそ、増殖材１１２としてのチタン酸リチウム（Ｌｉ２ＴｉＯ３）は９００℃程度、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）は８００℃程度、増倍材としてのベリリウム金属は６００℃程度である。このため、収納部１１０での発熱に対する冷却が重要である。本変形例においては、収納部１１０の筐体１１１の壁内部の筐体壁内冷却水流路１１１ａへの冷却水の流路のみでは、内部の発熱の冷却が十分に確保できない場合でも、増殖材１１２および増倍材１１５を、上限温度を超えない状態に保持することができる。
【００８４】
図１２は、ブランケット支持構造のブランケットユニットとの接続部を示す鳥瞰図である。
【００８５】
ブランケットモジュール１００の入口側ヘッダユニット１３０ａを支持する入口側支持ブロックユニット１４０ａと、出口側ヘッダユニット１３０ｂを支持する出口側支持ブロックユニット１４０ｂとは、互いに同様の構成を有する構造体である。以下、入口側支持ブロックユニット１４０ａと出口側支持ブロックユニット１４０ｂとを総称して、ブランケット支持構造１４０と呼ぶこととする。ブランケット支持構造１４０は、複数のブランケットモジュール１００を支持する。
【００８６】
入口側支持ブロックユニット１４０ａと出口側支持ブロックユニット１４０ｂはそれぞれ、内側ブロック１４１、外側ブロック１４２および中性子反射部材１４３を有する。
【００８７】
組立て状態では、内側ブロック１４１および外側ブロック１４２はそれぞれ、内部に内部空間１４１ｇおよび内部空間１４２ｄを有し、外形は平板状である。また、内側ブロック１４１のブランケットモジュール１００側の面である内側平板１４１ａ（図１３）の外側には、中性子反射部材１４３が設けられている。中性子反射部材１４３は、内側ブロック１４１の拡がり方向に平面状に拡がっており、ブランケットモジュール１００との接続部分には、開口１４３ａが形成されている。
【００８８】
内側ブロック１４１は、内側平板１４１ａおよびこれに対向する外側平板１４１ｂ（図１３）とこれらを接続する側板１４１ｃを有する図１２において上下、左右に拡がった箱状である。内側ブロック１４１は、さらに、内部空間１４１ｇと外部とを連通する外部ノズル１４１ｄおよび複数の内胴１４１ｅを有する。ただし、図１２では１つのみを図示している（図１４参照）。それぞれの内胴１４１ｅは、内側平板１４１ａおよび外側平板１４１ｂの広がり方向の同じ位置に形成された開口間を接続している。内胴１４１ｅには、内側開口１４１ｆが形成されている。なお、内側平板１４１ａおよび外側平板１４１ｂ間にスペーサを設ける等の考慮をすれば、内胴１４１ｅは必ずしも設けなくともよい。
【００８９】
外側ブロック１４２は、外側平板１４２ａ（図１３）と、外側平板１４２ａの縁に接続する側板１４２ｂを有する図１２において上下、左右に広がる受け皿状である。外側ブロック１４２は、さらに、内部空間１４２ｄと外部とを連通する外部ノズル１４２ｃを有する。
【００９０】
内側ブロック１４１の内側平板１４１ａの外側に設けられた中性子反射部材１４３の材料は、たとえば、タングステン、あるいは黒鉛などを用いることができる。
【００９１】
図１３は、ブランケットモジュールとブランケット支持構造の組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図である。
【００９２】
まず、図１３の（ａ）に示すように、ブランケットモジュール１００、中性子反射部材１４３、内側ブロック１４１および外側ブロック１４２を、仮置きする。内側ブロック１４１は、中空の矩形板状であって内側平板１４１ａおよび外側平板１４１ｂそれぞれの中央に、ブランケットモジュール１００のガス入口ヘッダ１３２（外側ヘッダ１２５に対応）および冷却水入口ヘッダ１３１（内側ヘッダ１２１に対応）が貫通する開口が形成されており、その内側ブロック１４１の内側平板１４１ａをブランケットモジュール１００方向に向けて配する。また、外側ブロック１４２は、その外側ブロック１４２の外側平板１４２ａをブランケットモジュール１００と反対方向に向けて配する。
【００９３】
次に、中性子反射部材１４３を、内側ブロック１４１の内側平板１４１ａに接合する。なお、中性子反射部材１４３は、あらかじめ内側平板１４１ａに接合されていてもよい。
【００９４】
次に、図１３の（ｂ）に示すように、中性子反射部材１４３が接合された内側ブロック１４１に、ブランケットモジュール１００を挿入し、ブランケットモジュール１００の冷却水入口ヘッダ１３１と内側ブロック１４１が軸方向に同じ位置になるように設定する。この状態で、冷却水入口ヘッダ１３１と内側ブロック１４１のそれぞれの収納部１１０側の対向する部分である溶接部Ｗ１１における溶接を収納部１１０に近い外側から実施する。また、同様に、冷却水入口ヘッダ１３１と内側ブロック１４１のそれぞれの収納部１１０と逆側の対向する部分である溶接部Ｗ１２において径方向の外側から密に接合を実施する。
【００９５】
次に、図（ｂ）の状態で、円筒状の側板１４２ｂと外側平板１４２ａを有し外側平板１４２ａの反対側には内部開口が形成されている外側ブロック１４２を、図１３の（ｃ）に示すように、内側ブロック１４１に隣接、すなわち密着あるいは所定の間隙を設けた相対位置に配し、外側ブロック１４２の側板１４２ｂと内側ブロック１４１の側板１４１ｃが対向する部分である溶接部Ｗ１３において外側から密に接合を実施する。
【００９６】
以上が、ブランケット支持構造１４０とブランケットモジュール１００の入口側との接合の手順であり、ブランケットモジュール１００の出口側とブランケット支持構造１４０との接合も同様の手順で実施できる。
【００９７】
なお、ブランケットモジュール１００は、入口側ヘッダユニット１３０ａと出口側ヘッダユニット１３０ｂは互いに同様の構成であり、また、入口側支持ブロックユニット１４０ａと出口側支持ブロックユニット１４０ｂも互いに同様の構成を有することから、入口側と出口側の区別なく、組み立てることが可能であり、区別を要する場合に比べて、管理の負担が軽減され、また、人的ミスの生ずることがない。
【００９８】
図１４は、第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケット支持構造を含むブランケットユニットの構成を示す鳥瞰図である。
【００９９】
ブランケットユニット２００は、複数のブランケットモジュール１００と、これらを支持するブランケット支持構造１４０を有する。ブランケット支持構造１４０は、入口側支持ブロックユニット１４０ａおよび出口側支持ブロックユニット１４０ｂを有する。なお、図１４では、３本のブランケットモジュール１００が、１列に配列されている場合を示しているが、１列の本数は、さらに多くてもよい。また、２列、あるいは３列以上のブランケットモジュール１００が、同一の入口側支持ブロックユニット１４０ａおよび出口側支持ブロックユニット１４０ｂに支持されている場合でもよい。
【０１００】
入口側支持ブロックユニット１４０ａは、内側ブロック１４１に対応する冷却水入口ブロック１５１、外側ブロック１４２に対応するガス入口ブロック１５２、および中性子反射部材１４３に対応する中性子反射部材１５３を有する。冷却水入口ブロック１５１は、外部ノズル１４１ｄに対応する冷却水入口ノズル１５１ａを有し、またブランケットモジュール１００が挿入される位置には冷却水入口内部開口１５１ｂが形成されている。なお、中性子反射部材１５３には、図示しない冷却配管が取り付けられている。ガス入口ブロック１５２は、外部ノズル１４２ｃに対応するガス入口ノズル１５２ａを有する。
【０１０１】
出口側支持ブロックユニット１４０ｂは、内側ブロック１４１に対応する冷却水出口ブロック１５４、外側ブロック１４２に対応するガス出口ブロック１５５、および中性子反射部材１４３に対応する中性子反射部材１５６を有する。冷却水出口ブロック１５４は、外部ノズル１４１ｄに対応する冷却水出口ノズル１５４ｂを有し、またブランケットモジュール１００が挿入される位置には冷却水出口内部開口１５４ａが形成されている。なお、中性子反射部材１５６には、図示しない冷却配管が取り付けられている。ガス出口ブロック１５５は、外部ノズル１４２ｃに対応するガス出口ノズル１５５ａを有する。
【０１０２】
搬送ガスは、ガス入口ブロック１５２のガス入口ノズル１５２ａからガス入口ブロック１５２の内部空間に流入し、ガス入口ブロック１５２内に配されたそれぞれのブランケットモジュール１００のガス入口ヘッダ１３２に形成されたガス入口外部開口１３２ａから、ブランケットモジュール１００のガス空間内を流れる。搬送ガスは、増殖材１１２および増倍材１１５それぞれのペブルを通過し、ペブル内で発生したトリチウムおよびヘリウムを伴いながら、ブランケットモジュール１００のガス出口ヘッダ１３４に形成されたガス出口外部開口１３４ｂから流出する。ガス出口外部開口１３４ｂから流出した搬送ガスは、ガス出口ブロック１５５内に流入し、ガス出口ノズル１５５ｂから流出する。
【０１０３】
冷却水は、冷却水入口ブロック１５１の冷却水入口ノズル１５１ａから冷却水入口ブロック１５１の内部空間に流入し、冷却水入口ブロック１５１内に配されたそれぞれのブランケットモジュール１００の冷却水入口ヘッダ１３１に形成された冷却水入口外部開口１３１ａから、ブランケットモジュール１００の冷却水流路内を流れる。冷却水は、さらに、ブランケットモジュール１００の冷却水出口ヘッダ１３３に形成された冷却水出口外部開口１３３ｂから流出する。冷却水出口外部開口１３３ｂから流出した冷却水は、冷却水出口ブロック１５４内に流入し、冷却水出口ノズル１５４ｂから流出する。
【０１０４】
なお、ここでは、それぞれのブランケットモジュール１００が、入口側支持ブロックユニット１４０ａおよび出口側支持ブロックユニット１４０ｂのそれぞれの広がり方向に対して垂直な方向で配列され、支持されている場合を例にとって説明したが、これに限定されない。たとえば、入口側支持ブロックユニット１４０ａおよび出口側支持ブロックユニット１４０ｂの一方あるいは両方と、斜めに結合する場合でもよい。斜めに結合する場合は、さらに、それぞれのブランケットモジュール１００において、収納部１１０が、入口側ヘッダユニット１３０ａあるいは／または出口側ヘッダユニット１３０ｂと斜めに結合するようにしてもよい。
【０１０５】
図１５は、第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールとブランケット支持構造の組立て手順の変形例の各ステップの状態を示す状態移行図である。この変形例は、１つの入口側支持ブロックユニット１４０ａあるいは出口側支持ブロックユニット１４０ｂが、その両側で、それぞれ複数のブランケットモジュール１００を支持する場合の例を示している。
【０１０６】
本変形例における手順は、図１３で示した手順の（ｂ）の状態、すなわち、内側ブロック１４１にそれぞれのブランケットモジュール１００を挿入した状態までは同様である。本変形例においては、その後、外側ブロック１４２を別個に形成するのではなく、２つの内側ブロック１４１のそれぞれと、共通側板１４４とを、対向する部分Ｗ２１およびＷ２２でそれぞれ接合し、共通の外側ブロック１４２を形成する方式である。このように形成することにより、ブランケット支持構造１４０を隙間なく設置することができる。
【０１０７】
図１６は、第１の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの筐体の孔開け加工を示す概念的な説明図である。
【０１０８】
まず、筐体１１１の一方の端部をドリル１７０にセットする（第１ステップ）。次に、ドリル１７０を用いて穿孔し、筐体壁内冷却水流路１１１ａの半分強の長さの穴を形成する（第２ステップ）。次に反対側の端部をドリル１７０にセットし（第３ステップ）、ドリル１７０を用いて穿孔し（第４ステップ）、反対端からの半分強の長さの冷媒流路と連結させ、筐体１１１の壁内を貫通する筐体壁内冷却水流路１１１ａを形成する（第５ステップ）。
【０１０９】
ドリル１７０としてガンドリルを用いて約３０ｃｍ程度の穿孔を行った場合、穿孔後のドリル先端部と入口部の孔中心の径方向位置の差を数ｍｍ以下に抑えることができる。したがって、長さ６０ｃｍ程度までの筐体１１１はこの方法を用いて筐体壁内冷却水流路１１１ａを形成することができる。
【０１１０】
筐体壁内冷却水流路１１１ａを筐体１１１の側壁内に形成する際、ＨＩＰ（熱間等方圧加圧）、ＥＢ（電子ビーム溶接）などを用いる方法もあるが、中性子照射により接合面の材料特性が母材と比較して特異的に変化することも想定されることから、できるだけ接合プロセスを用いずに、前記のような方法を用いることが望ましい。
【０１１１】
以上のように、本実施形態によれば、核融合炉用ブランケットおよびその支持構造について、構造的な健全性を維持しつつトリチウム増殖性能を確保することができる。
【０１１２】
［第２の実施形態］
図１７は、第２の実施形態に係る核融合炉用ブランケットを含む真空容器内の構成を示す図１８のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視部分立断面図である。また、図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線矢視水平断面図である。
【０１１３】
本第２の実施形態は、第１の実施形態の変形である。本実施形態においては、核融合炉用ブランケット１５のそれぞれのブランケットモジュール１００が、それぞれの軸方向がトロイダル方向に向くように配列されている。
【０１１４】
図１９は、第２の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの配置を説明する部分立断面図である。それぞれのブランケットモジュール１００の円筒状の収納部１１０は、核融合プラズマ１８に対向するように列をなして配列されている。また、列は、図１９に示すように、核融合プラズマ１８に最も近い第１列、核融合プラズマから見て第１列より奥、すなわち、真空容器１１に近い方向に、順に第２列および第３列と複数列が形成されている。
【０１１５】
互いに隣接する列を形成するそれぞれのブランケットモジュール１００の位置関係は、以下のように設定されている。今、第１列内で、互いに隣接する２つのブランケットモジュール１００をそれぞれ、Ｍ１１およびＭ１２とする。この場合、Ｍ１１の内部およびＭ１２の内部を通過せずに、Ｍ１とＭ２の間を通過する方向Ｄ２が存在する。第１列に隣接する第２列のうち、Ｍ１１とＭ１２に最も近いブランケットモジュール１００をＭ１３とすると、Ｍ１３の位置は、Ｄ２の延長線が、その内部を通過する位置に配置されている。なお、Ｍ１３は、その中心がＤ２の延長線上の近傍の位置にあるような場合が最も好ましい。第２列を構成するブランケットモジュール１００と第３列を構成するブランケットモジュール１００も同様の関係にあるように配置されている。
【０１１６】
なお、真空容器１１を核融合プラズマ１８からの一次中性子を有効に利用し、放射線遮へいおよび熱的遮へいをするために必要な措置がなされれば、必ずしも複数列でなくともよい。
【０１１７】
以上のように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を有する配列が実現できる。また、第１の実施形態におけるポロイダル方向での配列と、本実施形態におけるトロイダル方向での配列を、真空容器内の場所によって使い分けてもよい。この結果、ブランケットモジュール１００の配列を計画する際の自由度が増える。
【０１１８】
［第３の実施形態］
図２０は、第３の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部の構成を示す図２１のＸＸ−ＸＸ線矢視断面図である。また、図２１は、図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線矢視断面図である。
【０１１９】
本第３の実施形態は、第１の実施形態または第２の実施形態の変形である。本実施形態においては、ブランケットモジュール１００の収納部１１０ａが、収納空間１１１ｂ（図９）内に配された増殖管１１３および増倍管１１６を有する。なお、この結果、後述（図２６）するが第１ヘッダユニット１２０ａおよび第２ヘッダユニット１２０ｂの構成要素が一部追加されている。
【０１２０】
図２０および図２１では、増殖材１１２および増倍材１１５のいずれかのペブルが配されている収納空間１１１ｂ内に配された複数の増殖管１１３および増倍管１１６のそれぞれは、両端が開放され、筐体１１１の軸方向に収納空間１１１ｂ内を延びている。
【０１２１】
図２２は、増殖管の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。増殖管１１３は、同心に配された増殖管外管１１３ａおよび増殖管内管１１３ｂを有する二重管である。増殖管内管１１３ｂ内の内側領域１１３ｄには、ペブル状の増殖材１１２が充填されている。増殖管内管１１３ｂと増殖管外管１１３ａに挟まれたアニュラス領域１１３ｃは、収納部内冷却水流路の一部として、筐体壁内冷却水流路１１１ａとともに冷却材の流路を形成している。ペブル状の増殖材１１２は、たとえば、軸方向の両端にメッシュを設けることによって保持することができる。
【０１２２】
図２３は、増倍管の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。増倍管１１６は、同心に配された増倍管外管１１６ａおよび増倍管内管１１６ｂを有する二重管である。増倍管内管１１６ｂ内の内側領域１１６ｄには、ペブル状の増倍材１１５が充填されている。増倍管内管１１６ｂと増倍管外管１１６ａに挟まれたアニュラス領域１１６ｃは、収納部内冷却水流路の一部として、筐体壁内冷却水流路１１１ａとともに冷却材の流路を形成している。ペブル状の増倍材１１５は、たとえば、軸方向の両端にメッシュを設けることによって保持することができる。
【０１２３】
図２４は、増殖管の変形例の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。増殖管内管１１３ｂ内は、収納部内冷却水流路の一部として、筐体壁内冷却水流路１１１ａとともに冷却材の流路を形成している。また、増殖管内管１１３ｂと増殖管外管１１３ａに挟まれたアニュラス領域１１３ｃには、ペブル状の増殖材１１２が充填されている。
【０１２４】
図２５は、増倍管の変形例の構成を示す軸方向に垂直な断面図である。増倍管内管１１６ｂ内は、収納部内冷却水流路の一部として、筐体壁内冷却水流路１１１ａとともに冷却材の流路を形成している。また、増倍管内管１１６ｂと増倍管外管１１６ａに挟まれたアニュラス領域１１６ｃには、ペブル状の増倍材１１５が充填されている。
【０１２５】
図２６は、本実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。具体的には、冷却水入口ヘッダ１３１の軸方向外側に別のガス入口ヘッダ１３２を設け、また、冷却水出口ヘッダ１３３の軸方向外側に別のガス出口ヘッダ１３４を設ける。また、増殖材１１２または増倍材１１５が充填されている領域を、軸方向に貫通し、冷却水入口ヘッダ１３１および冷却水出口ヘッダ１３３、ガス入口ヘッダ１３２、ガス出口ヘッダ１３４に連通する増殖管１１３または増倍管１１６が設けられている。
【０１２６】
この変形例としては、収納部１１０ａに内管と外管を同軸状に組み合わせた増殖管１１３および増倍管１１６を設けて双方の管に挟まれたアニュラス領域に冷却水を供給し、内管に増殖材１１２または増倍材１１５を充填する構成がある。例えば増殖材１１２を充填した増殖管１１３を収納部１１０ａに設置し、収納空間１１１ｂに増倍材を充填する場合のように収納部１１０ａ内部の冷却性能を高め、且つ、増殖材１１２と増倍材１１５の共存性の問題が生じることがある場合において双方を混合しないで充填することができる点が第１の実施形態と異なる部分である。なお、図２６では、増殖管１１３および増倍管１１６を概念的に１本のみ示している。
【０１２７】
ガス入口ヘッダ１３２に流入した搬送ガスの一部は、入口ガス連通管１３８ａを通過して収納空間１１１ｂ内に充填されたペブル状の増倍材１１５または増殖材１１２を通り抜ける。また一方、ガス入口ヘッダ１３２に流入した搬送ガスの一部は、増殖管内管１１３ｂの内側領域１１３ｄ（図２４）内に充填されたペブル状の増殖材１１２、または、増倍管１１６と接続している場合は、増倍管内管１１６ｂの内側領域１１６ｄ（図２５）内に充填されたペブル状の増倍材１１５を通り抜ける。
【０１２８】
収納空間１１１ｂ内に充填されたペブル状の増倍材１１５または増殖材１１２を通り抜け、出口ガス連通管１３８ｂを通過したトリチウムやヘリウムを含む搬送ガスと、増倍管内管１１６ｂ内に充填された増殖材１１２または増倍材１１５を通り抜けたトリチウムやヘリウムを含む搬送ガスはガス出口ヘッダ１３４の内部空間に流入して合流し、ガス出口外部開口１３４ｂから流出する。
【０１２９】
一方、冷却水入口ヘッダ１３１に流入した冷却水の一部は、筐体壁内冷却水流路１１１ａを通過し、また、他の一部は冷却水入口内部開口１３１ｂから冷却水入口ヘッダ１３１の内部空間に流入し、増殖管内管１１３ｂと増殖管外管１１３ａに挟まれたアニュラス領域１１３ｃまたは増倍管内管１１６ｂと増倍管外管１１６ａに挟まれたアニュラス領域１１６ｃを通過して冷却水出口ヘッダ１３３の内部空間に流入した後、冷却水出口内部開口１３３ａを通って合流し、冷却水出口外部開口１３３ｂから流出する。
【０１３０】
なお、図２４および図２５に示した変形例の場合についても、同様の方法により構成可能である。
【０１３１】
図２７は、本実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部とヘッダとの組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は収納部の内側ヘッダ板の取り付け、および増殖管内管の挿入後、（ｃ）は内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板の取り付け直前、（ｄ）は外側ヘッダの端板の取り付け直前の状態を示す。
【０１３２】
また、図２８ないし図３１は、それぞれ、連通管付きの状態の内側ヘッダ板、内側ヘッダ端部小径円板、内側ヘッダ内胴、および内側ヘッダ端部大径円板の斜視図である。
【０１３３】
まず、（ａ）に示すように、筐体壁内冷却水流路１１１ａが形成された筐体１１１の内部に、所定の本数の増殖管外管１１３ａを設定する。なお、図２７では増殖管１１３が設けられている例を示しているが、増倍管外管１１６が設けられている場合、あるいは両者が設けられている場合であってもよい。図３３および図３７においても同様である。
【０１３４】
この状態で、軸方向の端部から、入口ガス連通管１３８ａを有する内側ヘッダ板１１１ｃを設定する。内側ヘッダ板１１１ｃは、増殖管外管１１３ａとペブルを保持する円板であって、内側ヘッダ板１１１ｃには、増殖管外管１１３ａが貫通する開口が形成されている。
【０１３５】
次に、（ｂ）に示すように、端部に設定された内側ヘッダ板１１１ｃの径方向外側と筐体１１１の内側の溶接部Ｗ３１、および内側ヘッダ板１１１ｃの開口と増殖管外管１１３ａとの溶接部Ｗ３２のそれぞれにおいて、溶接を行い、更に、開口を有する内側ヘッダ内胴１２１ｂ、内側ヘッダ外胴１２１ａを設定する。
【０１３６】
次に、（ｃ）に示すように、外部開口を有する内側ヘッダ内胴１２１ｂ、内部開口を有する内側ヘッダ外胴１２１ａを、それぞれ筐体１１１の内側、および外側と溶接する。増殖管外管１１３ａの内部に、増殖管内管１１３ｂを挿入し、所定の位置に設定する。増殖管内管１１３ｂは、増殖管外管１１３ａより長く、増殖管外管１１３ａの両端部より軸方向外側に突出している。また、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈおよび内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃを、軸方向端部に設定する。
【０１３７】
内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈは、内側ヘッダ板１１１ｃと同様の円板状であり、内側ヘッダ内胴１２１ｂに挿入可能な寸法に形成され、かつ、入口ガス連通管１３８ａと増殖管内管１１３ｂが貫通する開口が形成されている。内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃは、内側ヘッダ外胴１２１ａと内側ヘッダ内胴１２１ｂとの間に挿入可能な寸法に形成されたリング状である。
【０１３８】
次に、（ｄ）に示すように、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈと内側ヘッダ内胴１２１ｂとの溶接部Ｗ３３、および増殖管内管１１３ｂとの溶接部Ｗ３４、および入口ガス連通管１３８ａとの溶接部Ｗ３７のそれぞれにおいて溶接を行う。また、内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃと内側ヘッダ外胴１２１ａとの溶接部Ｗ３５、および増殖管内胴１２１ｂとの溶接部Ｗ３６のそれぞれにおいて溶接を行う。
【０１３９】
最後に、外側ヘッダ外胴１２５ａおよび外側ヘッダ端板１２５ｂを取り付けて溶接する。
【０１４０】
以上により、収納部１１０ａの一方の端部とヘッダとの接続が可能である。収納部１１０ａの他方の端部とヘッダとの接続も同様の手順で行うことができる。
【０１４１】
筐体壁内冷却水流路１１１ａと内側ヘッダ外胴１２１ａ、内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃ、内側ヘッダ内胴１２１ｂで区画される空間と内側ヘッダ内胴１２１ｂ、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈ、増殖管内管１１３ｂ、増殖管外管１１３ａで区画される空間は連通し、冷却水の流路を形成する。また、外側ヘッダ外胴１２５ａ、外側ヘッダ端板１２５ｂ、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈ、内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃ、増殖管内管１１３ｂで区画される空間は連通し、ガスの流路を形成する。
【０１４２】
本実施形態および変形例においては、収納部１１０ａの筐体１１１の壁内部の筐体壁内冷却水流路１１１ａへの冷却水の流通のみでは、内部の発熱の冷却を十分には確保できない場合でも、増殖材１１２および増倍材１１５を、上限温度を超えない状態に保持することができる。
【０１４３】
増殖材１１２のトリチウム生成反応は、熱中性子領域で反応断面積が大きく、一方、増倍材１１５の中性子の増倍反応は、高速中性子領域の方が大きな反応断面積を有する。核融合プラズマ１８内の核融合反応で生じる１４．１ＭｅＶの一次中性子が、ブランケットモジュール１００の第１列に入射の後、第１列内を通過し、第２列、第３列と移行するうちに、減速し低エネルギー側にシフトし、中性子エネルギースペクトルが柔らかくなる。したがって、第１列から第３列のそれぞれのブランケットモジュール１００内に収納される増殖材１１２と増倍材１１５の割合を、第１列から第３列になるに従い、増殖材１１２の割合が増えるように変化させることが望ましい。すなわち、核融合プラズマ１８に遠い方の列のブランケットモジュール１００内の増殖材の質量の増倍材の質量に対する比を、核融合プラズマ１８に近い方の列のブランケットモジュール１００内の増殖材の質量の増倍材の質量に対する比よりも大きくすることが望ましい。
【０１４４】
本実施形態においては、１つのブランケットモジュール１００の収納部１１０ａの収納空間１１１ｂ内に、増倍材１１５を収納するほかに、増殖管１１３あるいは増倍管１１６を収納できる。したがって、増殖管１１３のみを用いる場合、増倍管１１６のみを用いる場合、あるいは、両者を任意の本数ずつを用いる場合など、増殖材１１２および増倍材１１５それぞれの存在比を変えることができ、多様な選択が可能となる。
【０１４５】
すなわち、増殖材１１２と増倍材１１５の混合物における両者の割合は変更することなしに、存在比を制御することができし、また両者の割合を変更することもできる。この結果、トリチウム生成および中性子の増倍の効率を高めることができる。
【０１４６】
以上のように、本実施形態によれば、構造的な健全性を維持しつつトリチウム増殖性能を確保することができ、且つ、増殖材１１２と増倍材１１５の共存性の問題が生じることがある場合において双方を混合しないで充填することができるため、稼動中の核融合ブランケットの動作の信頼性向上を図ることができる。
【０１４７】
図３２は、本実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの変形例の構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。具体的には、冷却水入口ヘッダ１３１の軸方向外側に別のガス入口ヘッダ１３２を設け、冷却水出口ヘッダ１３３の軸方向外側に別のガス出口ヘッダ１３４を設ける。更に、ガス入口ヘッダ１３２の軸方向外側にさらに別のガス入口ヘッダ１３２ｃを設け、ガス出口ヘッダ１３４の軸方向外側にさらに別のガス出口ヘッダ１３４ｃを設ける。
【０１４８】
また、増殖材１１２または増倍材１１５が充填されている領域を、軸方向に貫通し、冷却水入口ヘッダ１３１および冷却水出口ヘッダ１３３、ガス入口ヘッダ１３２ｃ、ガス出口ヘッダ１３４ｃに連通する増殖管１１３または増倍管１１６が設けられている。増殖材１１２または増倍材１１５が充填されている領域は、入口ガス連通管１３８ａを介してガス入口ヘッダ１３２と、出口ガス連通管１３８ｂを介してガス出口ヘッダ１３４と連通している。
【０１４９】
このような構成とすることにより、例えば増殖材１１２を充填した増殖管１１３を収納部１１０ａに設置し、収納空間１１１ｂに増倍材を充填する場合のように収納部１１０ａ内部の冷却性能を高め、且つ、増殖材１１２と増倍材１１５の共存性の問題が生じることがある場合において双方を混合しないで充填することができる点は図２６に示す実施例と同様である。ただし、増殖材１１２に供給されるガスのガス入口ヘッダ１３２ｃと排出されるガスのガス出口ヘッダ１３４ｃが、増倍材１１５に供給されるガスのガス入口ヘッダ１３２、排出されるガスのガス出口ヘッダ１３４とは別に設けられている点が異なる部分であるので、この部分の流れを説明する。なお、図３２では、増殖管１１３および増倍管１１６を概念的に１本示している。
【０１５０】
ガス入口外部開口１３２ａから増倍材１１５が充填されたガス入口ヘッダ１３２に流入した搬送ガスは、入口ガス連通管１３８ａを通過して収納空間１１１ｂ内に充填されたペブル状の増倍材１１５を通り抜け、ヘリウムを含む搬送ガスは出口ガス連通管１３８ｂを通過して増倍材１１５が充填されたガス出口ヘッダ１３４のガス出口外部開口１３４ｂから排出される。
【０１５１】
また、ガス入口外部開口１３２ｄから増殖材１１２が充填されたガス入口ヘッダ１３２ｃに流入した搬送ガスは、ガス入口内部開口１３２ｂから増倍管内管１１６ｂ（図２５）内に流入する。流入した搬送ガスは、増倍管内管１１６ｂ内に充填された増殖材１１２を通り抜け、トリチウムやヘリウムを含む搬送ガスは増殖材１１２が充填されたガス出口ヘッダ１３４ｃのガス出口外部開口１３４ｄから排出される。
【０１５２】
増倍管１１６を設置する場合は、増倍管内管１１６ｂをガス入口ヘッダ１３２、及びガス出口ヘッダ１３４と接続し、増殖材１１２を通過する搬送ガスと増倍材１１５を通過する搬送ガスが混合しないようにすればよい。
【０１５３】
なお、図２４および図２５に示した変形例の場合についても、同様の方法により構成可能である。
【０１５４】
図３３は、本実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの変形例の収納部とヘッダとの組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は収納部の内側ヘッダ板の取り付けと増殖管内管の挿入後、且つ内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板の取り付け前（ｃ）は内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板後、（ｄ）は中間ヘッダの端板の取り付け直前、（ｅ）は外側ヘッダ端板の取り付け直前、（ｆ）は外側ヘッダの端板の取り付け後の状態を示す。
【０１５５】
なお、中間ヘッダ１２６は、内側ヘッダ１２１と外側ヘッダ１２５の中間に設けられたヘッダであり、ガス入口外部開口１３２ａおよびガス出口外部開口１３４ｂに対応し、内側ヘッダ１２１および外側ヘッダ１２５と同様に、入口側および出口側の総称である。
【０１５６】
まず、（ａ）に示すように、筐体壁内冷却水流路１１１ａが形成された筐体１１１の内部に、所定の本数の増殖管外管１１３ａを設定する。なお、図３３では増殖管１１３が設けられている例を示しているが、増倍管外管１１６が設けられている場合、あるいは両者が設けられている場合であってもよい。図３７においても同様である。
【０１５７】
この状態で、軸方向の端部から、入口ガス連通管１３８ａを有する内側ヘッダ板１１１ｃを設定する。内側ヘッダ板１１１ｃは、増殖管外管１１３ａとペブルを保持する円板であって、内側ヘッダ板１１１ｃには、増殖管外管１１３ａが貫通する開口が形成されている。
【０１５８】
次に、（ｂ）に示すように、端部に設定された内側ヘッダ板１１１ｃの径方向外側と筐体１１１の内側の溶接部Ｗ３１、および内側ヘッダ板１１１ｃの開口と増殖管外管１１３ａとの溶接部Ｗ３２のそれぞれにおいて、溶接を行い、更に、外部開口を有する内側ヘッダ内胴１２１ｂ、内部開口を有する内側ヘッダ外胴１２１ａをそれぞれ筐体１１１の内側、及び外側と溶接する。
【０１５９】
次に、（ｃ）に示すように、増殖管外管１１３ａの内部に、増殖管内管１１３ｂを挿入し、所定の位置に設定する。増殖管内管１１３ｂは、増殖管外管１１３ａより長く、増殖管外管１１３ａの両端部より軸方向外側に突出している。また、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈおよび内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃを、軸方向端部に設定する。内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈは、内側ヘッダ板１１１ｃと同様の円板状であり、内側ヘッダ内胴１２１ｂに挿入可能な寸法に形成され、かつ、入口ガス連通管１３８ａと増殖管内管１１３ｂが貫通する開口が形成されている。
【０１６０】
内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃは、内側ヘッダ外胴１２１ａと内側ヘッダ内胴１２１ｂとの間に挿入可能な寸法に形成されたリング状である。内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈと内側ヘッダ内胴１２１ｂとの溶接部Ｗ３３、および増殖管内管１１３ｂとの溶接部Ｗ３４、および入口ガス連通管１３８ａとの溶接部Ｗ３７のそれぞれにおいて溶接を行う。また、内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃと内側ヘッダ外胴１２１ａとの溶接部Ｗ３５、および増殖管内胴１２１ｂとの溶接部Ｗ３６のそれぞれにおいて溶接を行う。
【０１６１】
次に、（ｄ）に示すように、外部開口を有する中間ヘッダ外胴１２６ａを設定して内側ヘッダ外胴１２１ａと溶接し、次に増殖管内管１１３ｂが貫通する開口を有する中間ヘッダ端板１２６ｂを設定する。
【０１６２】
次に、（ｅ）に示すように、外部開口を有する外側ヘッダ外胴１２５ａを設定して中間ヘッダ外胴１２６ａと溶接し、次に外側ヘッダ端板１２５ｂを設定して外側ヘッダ外胴１２５ａと溶接する。
【０１６３】
以上により、（ｆ）に示すように収納部１１０ａの一方の端部とヘッダとの接続が可能である。収納部１１０ａの他方の端部とヘッダとの接続も同様の手順で行うことができる。
【０１６４】
筐体壁内冷却水流路１１１ａと内側ヘッダ外胴１２１ａ、内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃ、内側ヘッダ内胴１２１ｂで区画される空間と内側ヘッダ内胴１２１ｂ、内側ヘッダ端部小径板１２１ｈ、増殖管内管１１３ｂ、増殖管外管１１３ａで区画される空間は連通し、冷却水の流路を形成する。また、中間ヘッダ外胴１２６ａと中間ヘッダ端板１２６ｂ、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈ、内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃ、入口ガス連通管１３８ａで区画される空間は連通し、第一のガス流路を形成する。更に外側ヘッダ外胴１２５ａ、外側ヘッダ端板１２５ｂ、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈ、内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃ、増殖管内管１１３ｂで区画される空間は連通し、第二のガス流路を形成する。
【０１６５】
本実施形態および変形例においては、収納部１１０ａの筐体１１１の壁内部の筐体壁内冷却水流路１１１ａへの冷却水の流通のみでは、内部の発熱の冷却を十分には確保できない場合でも、増殖材１１２および増倍材１１５を、上限温度を超えない状態に保持することができる。
【０１６６】
増殖材１１２のトリチウム生成反応は、熱中性子領域で反応断面積が大きく、一方、増倍材１１５の中性子の増倍反応は、高速中性子領域の方が大きな反応断面積を有する。核融合プラズマ１８内の核融合反応で生じる１４．１ＭｅＶの一次中性子が、ブランケットモジュール１００の第１列に入射の後、第１列内を通過し、第２列、第３列と移行するうちに、減速し低エネルギー側にシフトし、中性子エネルギースペクトルが柔らかくなる。したがって、第１列から第３列のそれぞれのブランケットモジュール１００内に収納される増殖材１１２と増倍材１１５の割合を、第１列から第３列になるに従い、増殖材１１２の割合が増えるように変化させることが望ましい。すなわち、核融合プラズマ１８に遠い方の列のブランケットモジュール１００内の増殖材の質量の増倍材の質量に対する比を、核融合プラズマ１８に近い方の列のブランケットモジュール１００内の増殖材の質量の増倍材の質量に対する比よりも大きくすることが望ましい。
【０１６７】
本実施形態においては、１つのブランケットモジュール１００の収納部１１０ａの収納空間１１１ｂ内に、増倍材１１５を収納するほかに、増殖管１１３あるいは増倍管１１６を収納できる。したがって、増殖管１１３のみを用いる場合、増倍管１１６のみを用いる場合、あるいは、両者を任意の本数ずつを用いる場合など、増殖材１１２および増倍材１１５それぞれの存在比を変えることができ、多様な選択が可能となる。
【０１６８】
すなわち、増殖材１１２と増倍材１１５の混合物における両者の割合は変更することなしに、存在比を制御することができるし、また両者の割合を変更することもできる。この結果、トリチウム生成および中性子の増倍の効率を高めることができる。
【０１６９】
以上のように、本実施形態によれば、構造的な健全性を維持しつつトリチウム増殖性能を確保することができ、かつ増殖材１１２と増倍材１１５が相互に接触しないよう収納空間１１１ｂに保持され、双方の領域を流通するガスは入口側でも出口側でも混合することはなく、双方を充填したときに生ずることのある増殖材１１２と増倍材１１５の共存性の問題を回避することができることから、稼動中の核融合ブランケットの動作の信頼性向上を図ることができる。
【０１７０】
［第４の実施形態］
図３４は、第４の実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部の構成を示す図３５のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線矢視断面図である。また、図３５は、収納部の構成を示す図３４のＸＸＸＶ−ＸＸＸＶ線矢視断面図である。本第４の実施形態は、第３の実施形態の変形である。本第４の実施形態においては、収納部１１０ｂは、仕切り管１１８をさらに有する。仕切り管１１８は、筐体１１１と同心で、軸方向に延びている。仕切り管１１８は、筐体１１１の径方向内側にあって、収納空間１１１ｂを径方向に分割するものである。ただし、強度メンバーすなわち構造強度を担う部材でなくともよい。
【０１７１】
筐体１１１と仕切り管１１８に挟まれたアニュラス部１１８ａには、ペブル状の増殖材１１２のみが充填されている。筐体１１１と仕切り管１１８に挟まれたアニュラス部１１８ａに、ペブル状の増殖材１１２のみを充填し、収納空間１１１ｂにはペブル状の増倍材１１５が充填されている場合に特にトリチウム生成に有効である。軸方向の端部にメッシュ等を設けることにより、ペブルを保持できることは他の箇所と同様である。
【０１７２】
図３６は、本実施形態に係る別の核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの構成およびブランケットモジュール内の流体の流れを示す軸方向に沿った断面図である。
【０１７３】
ガス供給管１３９ａから流入した搬送ガスは分岐して、一部は筐体１１１と仕切り管１１８に挟まれたアニュラス部１１８ａに供給され、また、他の一部は増殖管外管１１３ａと増殖管内管１１３ｂに挟まれたアニュラス領域１１３ｃ（図２２）に供給され、いずれも充填されたペブル状の増殖材１１２を通り抜けた後に合流して、ガス排出管１３９ｂから流出する。
【０１７４】
一方、冷却水入口外部開口１３１ａから冷却水入口ヘッダ１３１の内部空間に流入した冷却水は分岐して、一部は、筐体壁内冷却水流路１１１ａに供給され、また、他の一部は増殖管内管１１３ｂに供給され、冷却水出口ヘッダ１３３の内部空間に流入して合流し、冷却水出口外部開口１３３ｂから流出する。
【０１７５】
更に、ガス入口外部開口１３２ａからガス入口ヘッダ１３２の内部空間に流入した搬送ガスは、入口ガス連通管１３８ａを通って収納空間１１１ｂ（図９）内に供給され、充填されたペブル状の増倍材１１５を通り抜けた後、出口ガス連通管１３８からガス出口ヘッダ１３４の内部空間に流入して、ガス出口外部開口１３４ｂから排出される。
【０１７６】
なお、図２４および図２５に示した変形例の場合についても、増殖材１１２と増倍材１１５を通過するガスが混合しないように分離して供給し、分離して排出するようヘッダ内の配管接続を行えば、同様の方法により構成可能である。
【０１７７】
図３７は、本実施形態に係る核融合炉用ブランケットのブランケットモジュールの収納部とヘッダとの組立て手順の各ステップの状態を示す状態移行図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は収納部の内側ヘッダ板の取り付け後、かつ、内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板の取り付け前、（ｃ）は内側ヘッダ端部小径円板と内側ヘッダ端部大径円板の取り付け後、かつ、中間ヘッダ端板の取り付け前、（ｄ）は外側ヘッダ端板の取り付け前の状態を示す。
【０１７８】
まず、（ａ）に示すように、筐体壁内冷却水流路１１１ａが形成された筐体１１１の内部に、仕切り管１１８および所定の本数の増殖管外管１１３ａを設定する。
【０１７９】
この状態で、軸方向の端部から、入口ガス連通管１３８ａを有する内側ヘッダ板１１１ｃを設定する。ただし、内側ヘッダ板１１１ｃの外径は、仕切り管１１８の内径寸法に対応している。
【０１８０】
次に、（ｂ）に示すように、内側ヘッダ外胴１２１ａ、内側ヘッダ内胴１２１ｂおよび仕切り管１１８の延長管１１８ｂをそれぞれ取り付ける。なお、内側ヘッダ外胴１２１ａは、軸方向に内側ヘッダ内胴１２１ｂより長く、後述する中間ヘッダ端板１２６ｂと接続される。ガス供給管１３９ａが内側ヘッダ外胴１２１ａと内側ヘッダ内胴１２１ｂを貫通し、延長管１１８ｂと内側ヘッダ内胴１２１ｂの間に先端がくるように設定し、内側ヘッダ外胴１２１ａ、および内側ヘッダ内胴１２１ｂと溶接して接続する。
【０１８１】
この状態で、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈおよび内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃを設定する。内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈは、仕切り管１１８に対応する外径を有する円板状であり、増殖管内管１１３ｂが貫通する開口が形成されている。内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃも、リング状であり、内側ヘッダ内胴１２１ｂの内径に対応する外径と、仕切り管１１８の延長管１１８ｂの外径に対応する内径を有する。
【０１８２】
次に、内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈと仕切り管１１８の延長管１１８ｂとの溶接、および内側ヘッダ端部小径円板１２１ｈと増殖管内管１１３ｂとの溶接を行う。また、内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃと内側ヘッダ内胴１２１ｂとの溶接、および内側ヘッダ端部大径円板１２１ｃと仕切り管１１８の延長管１１８ｂとの溶接を行う。
【０１８３】
次に、（ｃ）に示すように、内側ヘッダ外胴１２１ａに、中間ヘッダ端板１２６ｂを取付け、内側ヘッダ外胴１２１ａとの溶接、および入口ガス連通管１３８ａとの溶接を行う。
【０１８４】
最後に（ｄ）に示すように内側ヘッダ外胴１２１ａに外側ヘッダ外胴１２５ａを取り付けて溶接し、外側ヘッダ端板１２５ｂを外側ヘッダ外胴１２５ａに溶接する。
【０１８５】
以上により、収納部１１０ｂの一方の端部とヘッダとの接続が可能である。収納部１１０ｂの他方の端部とヘッダとの接続も同様の手順で行うことができる。
【０１８６】
本実施形態によれば、筐体１１１と仕切り管１１８間のアニュラス部１１８ａに、増殖材１１２のみを充填し、増殖管外管１１３ａと増殖管内管１１３ｂとの間に増殖材１１２のみを充填し、それ以外の収納空間１１１ｂに増倍材１１５のみを充填する場合、増殖材１１２と増倍材１１５が相互に接触しないよう収納空間１１１ｂに保持され、双方の領域を流通するガスは入口側でも出口側でも混合することはないため、双方を充填したときに生ずることのある増殖材１１２と増倍材１１５の共存性の問題を回避することができる。
【０１８７】
以上のように、本実施形態によれば、構造的な健全性を維持しつつトリチウム増殖性能を確保することができ、かつ、信頼性の高い核融合ブランケットを構成することができる。
【０１８８】
［その他の実施形態］
以上、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。たとえば、第１の実施形態においては、ブランケットモジュールがポロイダル方向に配列されている場合を、また、第２の実施形態においてはブランケットモジュールがトロイダル方向に配列されている場合を示したが、その筐体の側面を前記核融合プラズマに対向する方向に配置されていれば、これらの場合の方向と角度を有した方向であってもよい。
【０１８９】
また、各実施形態においては、入口側ヘッダユニットが冷却水入口ヘッダとガス入口ヘッダとを、出口側ヘッダユニットが冷却水出口ヘッダとガス出口ヘッダとを、それぞれ有する場合を示したが、これに限定されない。すなわち、入口側ヘッダユニットが冷却水入口ヘッダとガス出口ヘッダとを、出口側ヘッダユニットが冷却水出口ヘッダとガス入口ヘッダとをそれぞれ有する場合、あるいはこの逆の場合であってもよい。
【０１９０】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、核融合炉用ブランケットが、複数のブランケットユニットのグループから構成されており、それぞれのグループ内におけるブランケットモジュールの方向が、第１の実施形態における方向、第２の実施形態における方向あるいはこれらと角度を有する方向のいずれかである場合であってもよい。
【０１９１】
また、第４の実施形態における収納部１１０が仕切り管１１８を有するという特徴を、第１の実施形態あるいは第２の実施形態と組み合わせてもよい。
【０１９２】
さらに、これらの実施形態は、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。
【０１９３】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【０１９４】
１０…核融合炉、１１…真空容器、１２…トロイダルコイル、１２ａ…トロイダル磁場、１３ａ…ポロイダル磁場、１３ｂ…プラズマ電流、１４…全体合成磁場、１５…核融合炉用ブランケット、１６…ダイバータ、１８…核融合プラズマ、１００…ブランケットモジュール、１１０、１１０ａ、１１０ｂ…収納部、１１１…筐体、１１１ａ…筐体壁内冷却水流路（収納部内冷却水流路）、１１１ｂ…収納空間、１１１ｃ…内側ヘッダ板、１１２…増殖材、１１３…増殖管、１１３ａ…増殖管外管、１１３ｂ…増殖管内管、１１３ｃ…アニュラス領域、１１３ｄ…内側領域、１１５…増倍材、１１６…増倍管、１１６ａ…増倍管外管、１１６ｂ…増倍管内管、１１６ｃ…アニュラス領域、１１６ｄ…内側領域、１１８…仕切り管、１１８ａ…アニュラス部、１１８ｂ…延長管、１２０ａ…第１ヘッダユニット、１２０ｂ…第２ヘッダユニット、１２１…内側ヘッダ、１２１ａ…内側ヘッダ外胴、１２１ｂ…内側ヘッダ内胴、１２１ｃ…内側ヘッダ端部大径円板、１２１ｄ…外側開口、１２１ｅ…内側開口、１２１ｆ…内部空間、１２１ｇ…中央空間、１２１ｈ…内側ヘッダ端部小径円板、１２２…分離管、１２２ａ…分離外管、１２２ｂ…分離内管、１２２ｃ…分離端板、１２２ｄ…アニュラス部、１２２ｅ…内側通路、１２３…連絡管、１２５…外側ヘッダ、１２５ａ…外側ヘッダ外胴、１２５ｂ…外側ヘッダ端板、１２５ｃ…外側開口、１２５ｄ…内側開口、１２５ｅ…内部空間、１２６…中間ヘッダ、１２６ａ…中間ヘッダ外胴、１２６ｂ…中間ヘッダ端板、１３０ａ…入口側ヘッダユニット、１３０ｂ…出口側ヘッダユニット、１３１…冷却水入口ヘッダ（冷却水用ヘッダ）、１３１ａ…冷却水入口外部開口（冷却水連通口）、１３１ｂ…冷却水入口内部開口、１３２…ガス入口ヘッダ（ガス用ヘッダ）、１３２ａ…ガス入口外部開口（ガス連通口）、１３２ｂ…ガス入口内部開口、１３２ｃ…ガス入口ヘッダ（ガス用ヘッダ）、１３２ｄ…ガス入口外部開口（ガス連通口）、１３３…冷却水出口ヘッダ（冷却水用ヘッダ）、１３３ａ…冷却水出口内部開口、１３３ｂ…冷却水出口外部開口（冷却水連通口）、１３４、１３４ｃ…ガス出口ヘッダ（ガス用ヘッダ）、１３４ａ…ガス出口内部開口、１３４ｂ、１３４ｄ…ガス出口外部開口（ガス連通口）、１３５…冷却水入口ヘッダ（冷却水用ヘッダ）、１３５ａ…冷却水入口外部開口（冷却水連通口）、１３６…冷却水出口ヘッダ（冷却水用ヘッダ）、１３６ｂ…冷却水出口外部開口（冷却水連通口）、１３７…冷却水配管、１３８ａ…入口ガス連通管、１３８ｂ…出口ガス連通管、１３９ａ…ガス供給管、１３９ｂ…ガス排出管、１４０…ブランケット支持構造、１４０ａ…入口側支持ブロックユニット、１４０ｂ…出口側支持ブロックユニット、１４１…内側ブロック、１４１ａ…内側平板、１４１ｂ…外側平板、１４１ｃ…側板、１４１ｄ…外部ノズル、１４１ｅ…内胴、１４１ｆ…内側開口、１４１ｇ…内部空間、１４２…外側ブロック、１４２ａ…外側平板、１４２ｂ…側板、１４２ｃ…外部ノズル、１４２ｄ…内部空間、１４３…中性子反射部材、１４３ａ…開口、１４４…共通側板、１５１…冷却水入口ブロック、１５１ａ…冷却水入口ノズル、１５１ｂ…冷却水入口内部開口、１５２…ガス入口ブロック、１５２ａ…ガス入口ノズル、１５３…中性子反射部材、１５４…冷却水出口ブロック、１５４ａ…冷却水出口内部開口、１５４ｂ…冷却水出口ノズル、１５５…ガス出口ブロック、１５５ａ…ガス出口ノズル、１５６…中性子反射部材、１７０…ドリル、２００…ブランケットユニット
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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