極限状態下にある隔壁破壊の予防法
专利汇可以提供極限状態下にある隔壁破壊の予防法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且【課題】核融合炉プラントの炉壁は、高温・高 密度 のプラズマによる核融合反応に伴う高熱流に耐える必要があり、極限条件下の衝撃 力 や高化学反応性に対する耐力が十分高い必要がある。このような条件下で発生する材料の損耗や損傷の成長に起因するプラントの短寿命化を避けるため、複合安全監視モニターを開発する必要がある。 【解決手段】そこで、タングステンコートしたダイヤモンド或いは炭化シリコン、サファイヤ等による複合材料検出ヘッドを提案し、核融合プラントにとどまらない、従来にない汎用性のある安全モニターの稼動ができる。 【選択図】図1，下面是極限状態下にある隔壁破壊の予防法专利的具体信息内容。
市販の膜厚計利用(膜厚測定)による高性能安全監視モニター市販の膜厚計利用(ブラックアウト検出)による高性能安全監視モニター変位計以外の代替計測装置を使用する高性能安全監視モニター質量分析器と高速ガスバルブを併用する高性能安全監視モニター近未来核分裂炉のナノ流体冷却のための粒子コート薄層の新変位計測定法
本発明は、複合材料と各種計測法の融合による極限条件下にある隔壁破壊の予防法に関するものである。
顕著な極限状態下にある隔壁の代表例は、核融合発電炉の反応炉室壁である。核融合炉壁については、現在までのところ、下記の特許出願文献にあるような、プラズマ対向部材およびその製造方法や、核融合炉材用の炭化ホウ素/炭素繊維複合焼結体の検討に関する特許(いずれも出願止まり)等があるが、炉室壁の損耗等による構造強度の低下による破壊を、あらかじめ予防する方法は見当たらず、発電プラントを近い将来に実現するためには、先行して、損耗等をその場測定し、破壊に至る前に危険度をモニターし、プラントのメンテナンス等を適宜実施して、プラントの稼働率を高い状態に保つ必要がある。
特開平09−105789号公報
特開平06−087672号公報
関昌弘(編)、核融合炉工学概論—未来エネルギーへの挑戦、日刊工業新聞社(2002)
核融合炉プラントの炉壁は、高温・高密度のプラズマによる核融合反応に伴う高熱流に耐える必要があり、極限条件下の衝撃力や高化学反応性に対する耐力が十分高い必要がある。このような条件下で発生する材料の損耗や損傷の成長を放置しておけば、プラント寿命が短くなるので、材料の物理・化学的状態をその場測定し、壁厚さや損傷の程度が安全範囲から逸脱する前に、プラントの保守点検ができるようにする運転方法を取る必要がある。
そこで本発明では、炉壁材料として最近もっとも有望であるとされているタングステンや、炭化シリコン、CVD多結晶ダイヤモンド、サファイヤ等を採用した、炉壁監視モニターを提案している。
上記の課題を解決するために、第一の発明は、上記のダイヤモンドや炭化シリコン、サファイヤ等基板上にタングステン薄膜をコートした、損耗・損傷モニターを作成し、高熱流束入射を受けるプラント第一壁やダイバーターの要所・要所にマウントする。高熱流束入射によるタングステン薄膜厚さの低下を、膜厚計等により外部より常時測定し、危険領域に入る直前までプラントの稼働を保証する。
また、第二の発明は、膜厚計測定が困難な場合の方法として、タングステン薄膜層の一部或いは全部が損耗消失するのをモニターする危険信号発生法である。膜厚測定器として利用する変位計による膜厚測定ができなくとも、変位計のブラックアウト信号を検出すれば、これにより安全確保ができる。
さらに第三の発明として、変位計の代わりになるものを利用する方法である。すなわち、タングステン薄膜層の一部或いは全部消失により、炉中心部から外側方向に出てくる放射(核反応プラズマからの発光や各種電磁波、原子・分子や、中性子流等の変動)を検出すれば、安全監視の基本体系が実現する。
第四の発明では、中心部に微小径の貫通穴を設けた炭化シリコン或いはダイヤモンド、サファイヤ等基板上に、タングステン薄膜をコートして検出ヘッドとして利用する。これより後流部に高感度質量分析器を設ければ、タングステンの消失に伴う炉内物質の流出を高感度測定できるから、この方法もまた、モニター法として使える。検出ヘッドからの流出総量を抑制するには、ヘッドと質量分析器取り込み口の間に、高速度開閉バルブを設けて後流を阻止できるから問題ない。第五の発明では、同種の膜厚測定法を広く応用すれば、近未来核分裂炉のナノ流体冷却のための粒子コート薄層の精密測定ができる。
第一と第二の発明によれば、市販の膜厚計利用による高性能安全監視モニターを開発することができ、第三の発明によれば、場合によっては高価な膜厚計なしで、広範囲のモニターを開発することができる。第四の発明によれば、プラントの反応生成物の種類も選択的に分別モニターでき、プラント内の状況をより高度に診断できる可能性がある。第五の発明によれば、冷却性能が高く、炉のメルトダウンを回避できる発電プラントが開発できる。
この発明の一実施形態を示す安全監視モニターの構造図である。
タングステンコートしたダイヤモンド基板(小切り欠き付)の試作例である。
この発明の一実施形態を、図1(左が正面図、右が側面図)に示す。図2は、図1の中心部にマウントする試作検出ヘッドである。
まず、図1において、炉壁構造物1(炉第一壁或いはダイバーター、リミター、プラント観測窓等)は厚肉単体タングステン或いは厚肉タングステン複合材でできている。この構造物の一部には、モニターヘッド2(ダイヤモンド或いは炭化シリコン、サファイヤ等表面に薄膜タングステンをコートした複合サンプル)がマウントしてある。
図2左は5mm角で厚さ0.5mmの多結晶CVDダイヤモンド基板表面に0.7mm厚さのタングステンコートをしたもの、図2右は6mm直径で厚さ0.6mmのダイヤモンド基板表面に0.7mm厚さのタングステンコートをしたものである。
両者とも、高熱流入射を模擬するための小切り欠きが作ってある。サンプルの背面部には、市販の変位計(膜厚測定装置)3があり、長い光ファイバーで遠距離に置いた変位計制御・計測部で、制御・計測する。 「実施形態の効果」
この実施形態によれば、これまでになかった核融合炉発電プラントの安全監視モニターが、種々の付帯計測法により開発できる。 「他の実施形態」
図1と図2の実施形態は、核融合発電プラントの場合の例であるが、他の実施形態では、核融合発電プラントに限らず、他の極限状態下で構造材料の損耗・損傷破壊により、装置の安全が脅かされる場合にも、本発明の手法は有効である。すなわち、本発明は、極めて広範囲の応用分野に適用可能である。
本発明の技術は、高エネルギー密度の発生を伴う機器分野で、あまねく利用可能である。例えば、ハイパワー粒子(電子やイオン)ビーム、ハイパワーレーザー光、極端波長 紫外光、強力X 線、高エネルギー密度プラズマなどの発生装置の安全モニターとして使えるし、さらに、これらを使用する広範囲の産業(応用)機器(材料生成分野、半導体製造機器分野、核融合分野、防衛産業分野)などに、広く応用可能である。
1 炉壁構造物 2 モニターヘッド 3 変位計(膜厚測定装置等)
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