FR2700058A1 - Elément constituant interne d'un réacteur de fusion. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un élément constituant interne d'un réacteur de fusion. Elle se rapporte à un élément dans lequel un ensemble formant une structure interne est logé dans un récipient torique sous vide dans lequel les éléments internes sont disposés en direction circonférentielle, et dans lequel un plasma à haute température est confiné dans un espace interne torique. L'élément constituant interne comprend une structure de refroidissement (53) ayant plusieurs parois (54, 55) formées sur l'ensemble de la structure interne, et un canal (56) de circulation formé dans la structure de refroidissement et destiné à un fluide de refroidissement qui extrait la chaleur dégagée par le plasma et par une réaction nucléaire. Application aux réacteurs de fusion nucléaire.

Description

La présente invention concerne une structure ou un élément constituant

interne d'un réacteur de fusion, et elle concerne plus précisément une telle structure ou un tel élément constituant interne d'un réacteur de fusion qui comprend une structure de refroidissement destinée à extraire la chaleur d'une charge thermique provenant d'une

réaction nucléaire ou d'un plasma.

Actuellement, de nombreux pays, y compris le Japon,

consacrent beaucoup d'énergie aux recherches et au dévelop-

pement des réacteurs de fusion nucléaire qui constituent une source d'énergie prévue pour l'avenir En fait, des appareils d'essais à plasma à grande échelle ont déjà été construits afin qu'ils permettent l'établissement de diverses propriétés physiques prévues, telles que la physique du plasma, le réglage des impuretés, le chauffage du plasma, l'injection du combustible et la régénération du tritium, dans les réacteurs de fusion nucléaire, y compris le réacteur "tokamak" qui est considéré comme l'exemple le

plus représentatif des réacteurs de fusion nucléaire.

La réalisation actuelle des réacteurs de fusion nucléaire rencontre une difficulté pour la protection, contre la chaleur, des éléments constituants internes du réacteur destinés à confiner le plasma à l'intérieur du réacteur Plus précisément, les éléments constituants internes d'un réacteur de fusion nucléaire comprennent des enveloppes internes non régénératrices de tritium et des enveloppes externes régénératrices de tritium qui sont

disposées avec une grande densité dans la direction circon-

férentielle à l'intérieur du récipient sous vide en forme

de tore, ainsi que les divertisseurs qui sont aussi dispo-

sés avec une grande densité dans les espaces supérieur et/ou inférieur à l'intérieur du récipient sous vide pour l'évacuation de l'hélium qui est un produit de réaction du

plasma, avec formation d'une structure interne du réacteur.

La disposition est telle que le plasma créé dans l'espace interne du tore délimité par la structure interne précitée du réacteur est confiné par une bobine toroïdale de champ

et une bobine poloïdale de champ.

Les éléments constituants internes d'un réacteur de fusion nucléaire ont une structure de refroidissement destinée à extraire la chaleur qui a été transférée à la structure interne du réacteur à partir du plasma, à l'aide d'un fluide de refroidissement, tel que de l'eau, introduit

dans la structure de refroidissement.

La structure de refroidissement, qui est disposée relativement près du plasma, a tendance à recevoir des charges thermiques et de particules du plasma En outre, la structure de refroidissement est aussi placée sous l'action de nombreux rayons de tritium émis par le plasma, car la réalisation actuelle d'un réacteur de fusion nucléaire met en oeuvre la réaction deutérium-tritium connue sous le nom de réaction D-T lD + T -> 4 He( 3,5 Me V) + n( 14,1 Me V)l le tritium, qui est radioactif, nécessite de plus grandes

précautions dans sa manipulation.

Dans la structure interne d'un réacteur de fusion

nucléaire, le tritium qui n'existe pratiquement pas natu-

rellement est créé par l'action des neutrons dérivés du plasma, alors que la chaleur dégagée par réaction nucléaire pendant la création de tritium est entraînée dans la structure de refroidissement, dans les enveloppes En

conséquence, la structure de refroidissement de la struc-

ture interne d'un réacteur est soumise à la chaleur de la réaction nucléaire et au tritium Ainsi, la structure de refroidissement doit travailler dans des conditions qui appliquent beaucoup de chaleur, de particules et de tritium

à la structure de refroidissement.

La structure de refroidissement est donc construite

par exemple comme représenté sur la figure 16 Plus préci-

sément, la structure 1 de refroidissement possède un passage interne 2 d'eau de refroidissement destiné à permettre la circulation d'eau qui constitue le fluide de refroidissement Une telle structure de refroidissement est adaptée aux enveloppes internes et externes et aux divertisseurs disposés dans la structure ou l'élément

interne du réacteur.

La structure de refroidissement de l'élément interne

du réacteur a tendance à présenter de minuscules fissura-

tions et détériorations dues aux charges thermiques et de particules précitées et à d'autres causes, telles que l'application de forces électromagnétiques produites

pendant le fonctionnement du réacteur de fusion nucléaire.

Ces fissures ou détériorations minuscules de la structure de refroidissement ont tendance à permettre des fuites du

fluide de refroidissement Les fuites du fluide de refroi-

dissement, lorsqu'elles se produisent dans le récipient sous vide, réduisent de manière indésirable le niveau de

vide dans le récipient et affectent sérieusement le fonc-

tionnement du réacteur de fusion nucléaire.

Les enveloppes externes, constituant une partie de la structure interne du réacteur, contiennent de l'oxyde de lithium pour la régénération de tritium En outre, une température élevée, par exemple de quelques centaines de degrés Celsius, est établie à l'intérieur de l'enveloppe

pendant le fonctionnement du réacteur de fusion nucléaire.

Il existe donc un risque pour que le fluide de refroidis-

sement qui fuit de la structure de refroidissement soit au contact de l'oxyde de lithium et provoque une réaction chimique, ainsi qu'une évaporation rapide du fluide de refroidissement, empêchant ainsi le fonctionnement des

éléments placés dans le réacteur.

En outre, les fissures et détériorations, bien qu'elles puissent être réduites au début, grossissent et peuvent conduire à une gêne ou un accident critique tel que la rupture de la structure de refroidissement et la perte du fluide de refroidissement, si des mesures convenables ne

sont pas prises, par exemple l'exécution d'une réparation.

Le tritium émis par le plasma s'infiltre à travers le matériau de la structure de refroidissement et diffuse pour atteindre le fluide de refroidissement et contamine celui-ci. En outre, le fonctionnement d'un réacteur de fusion nucléaire présente souvent un état anormal tel qu'une

perturbation dans laquelle le plasma s'éteint brutalement.

En cas d'une telle anomalie, une force électromagnétique considérable est créée et a tendance à détruire ou dété-

riorer le système de refroidissement.

Compte tenu des conditions précitées, la présente invention a pour objet l'élimination pratiquement totale des défauts et inconvénients de la technique antérieure et elle concerne une structure ou un élément constituant interne de réacteur de fusion qui présente une sécurité accrue grâce à une protection multiple contre les charges thermiques et de particules reçues d'un plasma ou d'autres

emplacements, par une structure de refroidissement.

L'invention concerne aussi une structure ou un élément constituant interne d'un réacteur de fusion dans lequel les fuites du fluide de refroidissement dues à de petites fissures ou détériorations de la structure de refroidissement peuvent être immédiatement détectées et la contamination du fluide de refroidissement par le tritium

peut être éliminée.

Ces objets ainsi que d'autres peuvent être atteints selon l'invention par réalisation d'un élément constituant interne de réacteur de fusion, dans lequel un ensemble formant une structure interne est logé dans un récipient torique sous vide dans lequel les éléments internes sont disposés en direction circonférentielle, et dans lequel un plasma à haute température, dans lequel l'hydrogène et des isotopes de l'hydrogène sont maintenus à un état de plasma, est confiné dans un espace interne torique délimité par

l'ensemble de la structure interne, ledit élément consti-

tuant interne comprenant: une structure de refroidissement ayant plusieurs parois formées sur l'ensemble de la structure interne, et un canal de circulation formé dans la structure de refroidissement et destiné à un fluide de refroidissement qui extrait la chaleur dégagée par le plasma et par une réaction nucléaire. Dans un mode de réalisation préféré, l'ensemble de

la structure interne comprend plusieurs ensembles d'enve-

loppes externes ayant chacun une surface tournée vers le plasma, plusieurs ensembles d'enveloppes internes ayant chacun une surface tournée vers le plasma, et plusieurs ensembles divertisseurs ayant chacun une surface tournée vers le plasma, les ensembles d'enveloppes externes, les

ensembles d'enveloppes internes et les ensembles divertis-

seurs étant disposés dans la direction circonférentielle du récipient torique sous vide, et chacun des ensembles

d'enveloppes externes, d'enveloppes internes et de diver-

tisseurs possède une structure de refroidissement formée à

la surface tournée vers le plasma.

Dans des modes de réalisation détaillés, la struc-

ture à plusieurs parois de la structure de refroidissement est formée d'un organe de paroi interne dans lequel est formé un canal de circulation du fluide de refroidissement, et un organe de paroi externe entourant l'organe de paroi interne avec formation d'un espace intermédiaire Un mécanisme de détection de fluide est disposé afin qu'il communique avec l'espace et détecte les fuites du fluide de refroidissement dans cet espace, entre les organes de

parois interne et externe.

Un espace est formé entre les parois et un organe de traitement d'hydrogène, capable de communiquer avec cet

espace, est disposé afin qu'il sépare et retienne l'hydro-

gène et les isotopes de l'hydrogène entrant dans la struc-

ture de refroidissement L'organe de traitement d'hydrogène est associé à un circuit de circulation de gaz dans lequel circule un gaz, par exemple un gaz inerte tel que l'hélium, un espace interne de l'organe de traitement d'hydrogène étant cloisonné en une chambre de gaz traité faisant partie

du circuit de circulation de gaz et une chambre de traite-

ment destinée à contenir l'hydrogène et les isotopes de l'hydrogène à l'aide d'une membrane perméable à l'hydrogène et à ses isotopes L'organe de traitement d'hydrogène est

destiné à oxyder l'hydrogène et/ou des isotopes de l'hydro-

gène séparés par la membrane Un organe de piégeage d'hydrogène est logé dans la chambre de traitement de l'organe de traitement et l'hydrogène et les isotopes d'hydrogène qui sont séparés sont absorbés et retenus par

cet organe de piégeage d'hydrogène.

Un espace est formé entre les diverses parois, et

des circuits de circulation de gaz et de liquide commu-

niquent avec cet espace, les circuits de circulation comprenant un dispositif destiné à mesurer un changement

d'état d'une pression, d'une teneur en eau et d'une tempé-

rature dans un gaz et un liquide existant dans cet espace, pour la détection d'une fuite du gaz et d'un liquide de

refroidissement circulant dans la structure de refroidis-

sement Un espace est formé entre les diverses parois de la structure de refroidissement, et un mécanisme de détection de pression, capable de communiquer avec cet espace, est disposé afin qu'il détecte une fuite, en dehors de la structure de refroidissement, d'un gaz sortant dans ledit espace. Un détecteur d'un gaz est disposé à un orifice d'échappement qui communique avec l'espace interne du récipient torique sous vide afin qu'il détecte une fuite de gaz en dehors de la structure de refroidissement, dans un

espace interne du récipient sous vide.

Plusieurs orifices d'échappement communiquant avec l'espace interne du récipient torique sous vide sont disposés en direction circonférentielle du récipient sous

vide et des détecteurs d'un gaz sont disposés respecti-

vement aux orifices d'échappement afin qu'ils détectent un

emplacement par lequel le gaz fuit en dehors de la struc-

ture de refroidissement.

Un espace est formé entre les diverses parois de la structure de refroidissement et des fils métalliques ayant une conductibilité thermique élevée sont placés dans cet espace Les fils métalliques sont formés du même matériau que la structure de refroidissement ou d'un matériau ayant une conductibilité thermique supérieure à celle du matériau

de la structure de refroidissement.

Les diverses parois sont ajustées les unes sur les autres avec formation d'espaces partiels entre les parois

sous forme de gorges par lesquelles un fluide circule.

La structure à plusieurs parois a une épaisseur qui est réduite d'un côté tourné vers le plasma à haute température. La structure à plusieurs parois a une configuration rectangulaire en coupe et elle peut avoir une configuration circulaire en coupe, composée d'organes sous forme de tubes

internes et externes.

La structure de refroidissement est formée afin qu'elle soit solidaire de la surface, tournée vers le plasma, de chacun des ensembles d'enveloppes externes, des

ensembles d'enveloppes internes et des ensembles divertis-

seurs La structure de refroidissement peut être formée séparément de la surface, tournée vers le plasma, de chacun

des ensembles d'enveloppes externes, des ensembles d'enve-

loppes internes et des ensembles divertisseurs, et la

structure de refroidissement est alors fixée à la surface.

Selon les propriétés de structure de l'invention, comme décrit précédemment, dans les structures ou éléments constituants internes du réacteur de fusion selon la présente invention, les structures de refroidissement formées dans l'ensemble de la structure interne placée dans

le récipient torique sous vide sont formées par des struc-

tures à plusieurs parois, et des canaux de circulation de fluide de refroidissement sont formés dans les structures de refroidissement, si bien qu'une protection multiple contre les charges thermiques et de particules reçues du

plasma par les structures de refroidissement est assurée.

Pour que la conduction de la chaleur entre les parois des structures de refroidissement soit accrue, les diverses parois sont bien ajustées les unes sur les autres ou des fils métalliques sont disposés dans les espaces formés entre les parois, et l'épaisseur des parois multiples est modifiée afin que la conduction de chaleur soit encore accrue, si bien qu'une protection multiple peut être obtenue sans réduction de la fonction de refroidissement de5 l'élément constituant interne Dans les structures de refroidissement, des gorges de circulation dans lesquelles S 'écoule le fluide sont formées par des espaces partiels entre les surfaces bien ajustées des diverses parois, et une fonction de détection de fuite de fluide de refroidis-10 sement par les espaces ou gorges de circulation entre les parois multiples est assurée, si bien qu'il est possible de

détecter une fuite même faible de fluide de refroidissement due à des fissures ou des détériorations des structures de refroidissement Il est donc possible d'empêcher une15 rupture ou une détérioration des structures de refroidis-

sement lors de la progression de la détérioration ou de la fissuration de la structure interne du réacteur de fusion, ou un accident par perte de fluide de refroidissement du à la rupture ou à la détérioration dans les structures de

refroidissement.

Si la nature et le rapport de mélange des fluides circulant dans les espaces formés entres les diverses parois des structures de refroidissement ou dans les gorges de circulation formées par des espaces partiels sont convenablement choisis, un emplacement des structures de refroidissement auquel se produit la fissuration ou la détérioration peut être déterminé Il est ainsi possible de

prendre rapidement des mesures de réparation et de mainte-

nance des structures ou éléments constituants internes du réacteur de fusion La fiabilité du réacteur de fusion est

donc accrue.

En outre, une fonction de disposition du tritium passant à travers les structures de refroidissement par les

espaces formés entre les parois des structures de refroi-

dissement ou par les gorges de circulation formant des espaces partiels est assurée, et un alliage qui retient l'hydrogène est utilisé afin qu'il forme une partie ou la totalité du matériau des diverses parois La quantité de

tritium qui traverse et qui diffuse à travers les struc-

tures de refroidissement et qui pénètre dans le fluide de refroidissement peut ainsi être réduite efficacement, si bien que la contamination du fluide de refroidissement par

le tritium est limitée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale schématique de la moitié droite d'un réacteur de fusion ayant une structure ou un élément constituant interne ayant une

structure perfectionnée de refroidissement selon la pré-

sente invention; la figure 2 est une vue en perspective représentant l'aspect externe d'un segment d'enveloppe drun ensemble d'enveloppes externes constituant l'élément constituant interne du réacteur de fusion;

la figure 3 est un schéma représentant le raccor-

dement de chaque segment d'enveloppe externe et des cir-

cuits de circulation d'eau de refroidissement et de gaz inerte, par exemple l'hélium gazeux; la figure 4 est un schéma illustrant le principe d'un organe de traitement d'hydrogène incorporé au circuit de circulation de gaz inerte; les figures 5 A et 5 B sont des vues en perspective,

avec des parties arrachées, représentant un segment d'enve-

loppe, suivant la ligne V-V de l'ensemble d'enveloppes externes; la figure 6 est une vue agrandie en perspective d'une partie A indiquée sur la figure 5;

la figure 7 est une coupe d'une structure de refroi-

dissement formée dans une première paroi de chaque segment d'enveloppe externe; la figure 8 est une vue en perspective d'un segment divertisseur placé dans le récipient sous vide du réacteur de fusion; la figure 9 est une représentation agrandie d'une partie B représentée sur la figure 8; la figure 10 est une coupe d'une structure de refroidissement disposée dans le divertisseur; la figure 11 est une coupe d'un raccord formé entre une structure de refroidissement de divertisseur et un collecteur; la figure 12 est une coupe d'un exemple de variante de la structure de la refroidissement incorporée à chaque segment d'enveloppe externe; la figure 13 est une représentation schématique en perspective d'une structure de paroi ayant une structure de refroidissement appliquée à l'ensemble formant la structure interne de l'élément constituant interne d'un réacteur de fusion;

la figure 14 est un schéma représentant la circu-

lation de l'eau de refroidissement dans la structure de refroidissement de la figure 13; la figure 15 est aussi un schéma représentant une

variante de diagramme de circulation d'eau de refroidis-

sement dans la structure de refroidissement; et la figure 16 est une coupe d'une structure de refroidissement d'une enveloppe classique de réacteur de

fusion, considérée à titre d'exemple.

On décrit maintenant, en référence aux dessins, une structure ou des éléments constituants internes d'un réacteur de fusion, dans un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une coupe schématique de la moitié droite d'un réacteur de fusion tokamak auquel s'applique l'invention Ce réacteur de fusion a un récipient sous vide en forme de tore adiabatique, c'est-à-dire un récipient torique 12 sous vide destiné à confiner un plasma 11 à haute température Le récipient 12 est logé dans un il

cryostat 10 ayant par exemple une hauteur d'environ 30 m.

Le récipient 12 a lui-même une hauteur de 20 m par exemple, et plusieurs bobines 13 destinées à créer des lignes de force magnétique entourant le plasma 11 sont disposées autour du récipient 12 Les bobines 13 comprennent une bobine toroïdale 14 de champ destinée à créer des lignes de force magnétique en direction axiale (champ magnétique toroïdal), une bobine de transformateur de courant à noyau d'air, non représentée, destinée à créer un courant de

plasma, une bobine poloïdale 15 de champ destinée à appli-

quer un champ magnétique poloïdal en direction transversale à la direction du courant de plasma, et des bobines de réglage de position et de configuration destinées à régler

la position et la configuration en coupe du plasma 11.

Un ensemble 18 formant une structure interne est placé dans le récipient 12 Un espace torique interne 19 dans lequel est confiné le plasma créé Il est formé à l'intérieur de cet ensemble 18 L'ensemble 18 est formé par des groupes segmentés d'éléments constituants disposés les uns près des autres en direction circonférentielle dans le récipient 12 L'ensemble 18 comprend plusieurs ensembles 21 d'enveloppes internes non régénérateurs de tritium, placés du côté circonférentiel interne du récipient 12, plusieurs ensembles 22 d'enveloppes externes régénératrices de tritium placés du côté circonférentiel externe du récipient

12, et des divertisseurs 23 placés en direction circonfé-

rentielle le long des parois supérieure et inférieure du récipient 12 Les divertisseurs 23, ayant chacun la forme d'un organe analogue à une plaque, sont construits sous forme d'un appareil destiné à évacuer de l'hélium qui est

un produit de la réaction provenant du plasma 11.

L'espace interne 19 du récipient torique sous vide 12 peut être atteint par un groupe d'orifices supérieurs 25 d'inspection, d'entretien et de remplacement de l'ensemble

18 de la structure interne, un groupe d'orifices horizon-

taux 26 formant des orifices de raccordement, et un groupe d'orifices inférieurs 27 étant utilisé comme orifices de

maintenance Par exemple, un peu plus d'une dizaine d'ori-

fices sont formés dans la direction du tore du récipient 12

comme groupes d'orifices supérieurs, horizontaux et infé-

rieurs 25, 26 et 27 Une ouverture, à chaque orifice supérieur 25, est couverte par un bouchon de blindage 28. Chaque orifice horizontal 26 est raccordé à un organe de chauffage de plasma, non représenté, et à un appareil de

mesure de plasma ou analogue.

Un orifice d'échappement 30 diverge d'une partie interne de chaque orifice inférieur 27, et un détecteur d'hélium 31 est disposé sous forme d'un dispositif de détection de gaz, c'est-à-dire d'un détecteur de fuites, dans une partie intermédiaire de l'orifice 30 d'échappement. Des détecteurs d'hélium 31 sont raccordés aux orifices 30 d'échappement pour l'évacuation de l'espace interne 19 du récipient torique 12 Plusieurs orifices 30 d'échappement sont présents dans le réacteur de fusion, et plusieurs détecteurs 31 d'hélium sont associés aux orifices 30 Les détecteurs ordinaires de fuites d'hélium sont

utilisés comme détecteurs d'hélium 31.

Trente segments environ d'ensembles 21 d'enveloppes internes et d'ensembles 22 d'enveloppes externes sont disposés en direction circonférentielle dans le récipient torique 12 du réacteur de fusion La figure 2 représente

une configuration externe de segment 33 d'enveloppe cons-

tituant un segment de l'ensemble d'enveloppes externes 22.

Un orifice 34 de sortie-entrée de canalisations est formé dans une partie supérieure du segment 33 d'enveloppe, comme représenté Une canalisation 35 de circulation d'un fluide de refroidissement, c'est-à- dire d'eau de refroidissement, et une canalisation 36 de circulation d'un gaz inerte, tel que l'hélium gazeux, sont raccordées au segment 33 par

l'orifice 34.

Comme l'indique la figure 3, les tronçons internes de chaque segment 33 de l'ensemble d'enveloppes externes 22 sont raccordés à un circuit 38 de circulation d'eau de refroidissement et à un circuit 39 de circulation de gaz

inerte, par l'intermédiaire des canalisations 35 de circu-

lation d'eau de refroidissement et 36 de circulation de gaz respectivement Les tronçons internes de chaque segment 33 constituent des parties du circuit 38 de circulation d'eau et 39 de circulation de gaz Une pompe 40 de circulation d'eau de refroidissement et un échangeur de chaleur, non représenté, d'un générateur de vapeur d'eau sont placés

dans le circuit 38 de circulation d'eau pour le refroidis-

sement de celle-ci.

Dans le circuit 39 de circulation de gaz, un dispo-

sitif 43 de mesure de la teneur en eau, sous forme d'un mécanisme de détection des fuites d'eau de refroidissement, qui détecte la teneur en eau du gaz inerte, tel que

l'hélium, un mécanisme de détection de pression, c'est-à-

dire un manomètre 44 destiné à détecter la pression du gaz

inerte, un mécanisme de détection de température, c'est-à-

dire un thermomètre, non représenté, destiné à détecter la température du gaz inerte, un organe 46 de traitement d'hydrogène destiné à séparer et accumuler l'hydrogène et ses isotopes, et une pompe 47 de circulation de gaz sont raccordés successivement en circuit fermé Une pompe à vide

48 est raccordée à l'organe 46 de traitement d'hydrogène.

Le rendement de séparation de l'hydrogène et de ses iso-

topes est augmenté par évacuation par la pompe à vide 48.

Des signaux qui représentent les quantités détectées par le dispositif 43 de mesure de la teneur en eau, le manomètre 44 et le thermomètre sont transmis à un organe 49 de commande qui les traite Cet organe 49 commande le fonctionnement de la pompe 40 de circulation d'eau de

refroidissement et de la pompe 47 de circulation de gaz.

Chaque segment d'enveloppe 33 de l'ensemble 22 d'enveloppe externe a une structure interne telle que

représentée sur la figure 5 A Une vue en plan de la repré-

sentation de la figure 5 A correspond à une coupe du tronçon

d'enveloppe 33 suivant la ligne V-V de la figure 2.

Dans chaque segment d'enveloppe 33, une première paroi 50 est formée sur la face circonférentielle de l'ensemble 22 d'enveloppe tournée vers le plasma 11 Les organes résistant à la chaleur 51, appelés "cuirasse" et formés d'un matériau à température élevée de fusion, par exemple de graphite, sont fixés à la surface de la première paroi 50 du segment 33 afin que la chaleur du plasma 11 ne soit pas directement appliquée à cette paroi Les organes 51 sont fixés au moins à la surface de la paroi 50 tournée

du côté du plasma, mais quelques uns seulement sont repré-

sentés sur la figure 5 A ou 5 B. La première paroi 50 est destinée à maintenir l'ensemble 18 de la structure interne à un état sain par absorption de la charge thermique ou analogue du plasma à haute température L'ensemble 21 d'enveloppes internes de l'ensemble 18 a aussi une construction destinée au même but Comme la charge thermique reçue du plasma 11 par la première paroi 50 est importante, une structure 53 de refroidissement destinée à retirer la chaleur avec de l'eau

de refroidissement est formée dans la première paroi 50.

Comme l'indiquent les figures 6 et 7, la structure

53 de refroidissement de la première paroi 50 est cons- truite sous forme de plusieurs parois, obtenues par combi-

naisons de plusieurs organes de paroi interne 54 et d'un

organe de paroi externe 55, formés chacun d'acier inoxy-

dable ou d'acier ferritique Un canal 56 de circulation d'eau de refroidissement par lequel s'écoule un fluide de refroidissement est formé à l'intérieur de chaque organe de paroi interne 54 L'organe de paroi externe 55 entourant les organes de paroi interne 54 peut être formé d'organes de paroi externe raccordés les uns aux autres afin qu'ils soient solidaires ou d'un organe en une seule pièce De cette manière, plusieurs canaux 56 d'eau de refroidissement

sont placés parallèlement dans la structure 53 de refroi-

dissement de la première paroi 50.

Une partie ou la totalité des matériaux formant les parois de la structure 53 peut être constituée d'un matériau ou d'un alliage qui retient l'hydrogène Lors de

l'utilisation d'un tel matériau, la quantité de tritium qui circule à travers la structure de refroidissement 53 et pénètre dans les canaux 56 d'eau de refroidissement peut5 être efficacement réduite, et l'eau de refroidissement peut ne pas être contaminée par le tritium.

Une première extrémité de chaque canal 56 de la structure 53 de refroidissement communique avec un premier collecteur de refroidissement de paroi 58 placé du côté d'alimentation, formé dans un tronçon arrière du segment 33 de l'ensemble 22 d'enveloppe externe Chaque canal 56 partant du premier collecteur de refroidissement de paroi traverse la structure 53 de refroidissement de la première paroi du côté du plasma 11 vers le côté opposé de l'ensemble 33 d'enveloppes pour communiquer avec un premier collecteur 59 de refroidissement de paroi du côté de retour formé du côté opposé au collecteur 58 La disposition

relative entre l'alimentation et le retour par les collec-

teurs 58 et 59 peut être inversée.

Les premiers collecteurs 58 et 59 sont placés dans la direction longitudinale du segment 33 d'enveloppe de l'ensemble 22 et sont raccordés à la canalisation 35 de circulation d'eau de refroidissement par l'orifice 34 comme

représenté sur la figure 2, si bien que l'eau de refroi-

dissement peut circuler dans la première paroi 50 en étant

pompée par la pompe 40.

Dans la structure 53 de refroidissement de la première paroi 50 formée dans la structure à plusieurs parois, un espace annulaire 60 est formé entre chaque organe de paroi interne 54 et l'organe de paroi externe 55 formant la structure à plusieurs parois comme indiqué sur la figure 7 Plusieurs fils métalliques 61 sont introduits dans l'espace 60 afin qu'ils assurent le maintien d'une bonne conduction de la chaleur Les fils métalliques 61 peuvent être frittés sur une surface de paroi afin que la conduction de chaleur soit accrue Les fils métalliques 61 sont formés du même matériau que la structure de refroidissement 53, par exemple d'acier SUS, ou d'un matériau ayant une conductibilité thermique supérieure à celle du matériau de la structure 53 A cet égard, il est nécessaire de sélectionner, pour les fils 61, un matériau 5 qui ne provoque pratiquement aucune détérioration de la conductibilité thermique et qui assure une adaptation convenable avec le matériau de la structure de paroi. L'organe de paroi interne 54 et la surface interne de l'organe de paroi externe 55 ont des coupes de forme10 rectangulaire dans le mode de réalisation considéré, mais peuvent être sous forme de structures formées de tubes ou de différentes autres configurations comme représenté par

exemple sur la figure 10 Dans cette variante de la struc-

ture à plusieurs parois, une structure 85 à tube interne correspond à l'organe de paroi interne 54 et une structure 86 à tube externe correspond à l'organe de paroi externe Un espace 89 est formé entre les structures 85 et 86,

et des fils métalliques 90 sont disposés dans l'espace 89.

Un espace interne 88 est délimité comme passage d'eau de refroidissement Le raccordement du passage 88 de l'espace 89 aux collecteurs ou analogues est réalisé pratiquement de la manière indiquée en référence au mode de réalisation des

figures 6 et 7.

On se réfère à nouveau à la figure 4; le gaz inerte, par exemple l'hélium gazeux, circule dans les espaces 60 entre les organes de paroi de la structure 53 de refroidissement Comme indiqué sur les figures 5 et 6, une première extrémité de chaque espace 60 communique avec un collecteur 62 de gaz du côté d'alimentation alors que

l'autre extrémité de l'espace 60 communique avec le collec-

teur 62 de gaz qui circule dans l'espace du côté de retour.

La relation entre l'alimentation et le retour peut être inversée entre les collecteurs 62 Les collecteurs 62 sont

raccordés par un orifice 34 d'entrée-sortie de canalisa-

tions à la canalisation 36 de circulation du gaz inerte tel que l'hélium, faisant partie du circuit 39 de circulation de gaz La quantité et la pression du gaz inerte qui circule sont régulées et réglées par le fonctionnement et

le réglage de la pompe 47 de circulation de gaz placée du côté d'alimentation du circuit 39 de circulation de gaz Le fonctionnement de la pompe 47 est commandé par l'organe 495 de commande.

Le dispositif 43 de mesure de la teneur en eau formant un mécanisme de détection des fuites d'eau de refroidissement comme indiqué précédemment, est raccordé à un trajet de retour de la canalisation 36 de circulation de gaz du circuit 39 de circulation pour la détection d'une augmentation de la teneur en eau due à des fuites d'eau de refroidissement à la suite de fissures ou de détériorations des organes 54 de paroi interne de la structure 53 de

refroidissement de la première paroi 50.

Les fuites d'eau de refroidissement sont détectées de cette manière, et le fonctionnement du réacteur de fusion est interrompu le cas échéant, si bien que le réacteur de fusion peut être révisé et réparé La révision du réacteur de fusion est aussi importante que l'échange de combustible nucléaire dans les réacteurs de fission, par exemple les réacteurs nucléaires à eau légère Ainsi, la fiabilité du réacteur de fusion peut être accrue Le manomètre 44 constituant un mécanisme de détection de pression est raccordé au circuit 39 de circulation de gaz en aval du dispositif 43 de mesure de la teneur en eau La

pression dans l'espace 60 est mesurée avec le manomètre.

Grâce à cette mesure, il est possible de détecter une chute de gaz inerte, par exemple d'hélium, à la suite de la fissuration ou de la détérioration de l'organe de paroi

externe 55 de la structure de refroidissement.

Si le gaz inerte, par exemple l'hélium, fuit à travers l'organe de paroi externe 55 de la structure 53 de refroidissement de la première paroi 50, il est libéré dans l'espace interne 19 du récipient sous vide 12 représenté sur la figure 1 et réduit le vide du réacteur de fusion, et

peut donc avoir une influence nuisible sur le plasma 11.

En conséquence, si les fuites de gaz inerte sont détectées, le fonctionnement de la pompe 47 est interrompu par l'organe 49 de commande représenté sur la figure 3 afin que les fuites de gaz inerte soient limitées et, le cas échéant, le fonctionnement du réacteur de fusion est arrêté

afin qu'il permette une réparation ou une révision.

En outre, l'organe 46 de traitement d'hydrogène est monté dans le circuit 39 de circulation de gaz L'organe 46 de traitement d'hydrogène communique avec les espaces 60

formés entre les parois par la canalisation 36 de circula-

tion de gaz Le gaz inerte, par exemple l'hélium pompé par la pompe 47 afin qu'il circule dans le circuit 39 est

introduit dans l'organe 46 de traitement.

L'organe 46 de traitement est un séparateur d'hydro-

gène, tel que représenté sur la figure 4 Comme l'indique la figure 4, une chambre formée dans un carter 63 est

séparée par une membrane 64 qui est perméable à l'hydro-

gène, constituée de vanadium ou analogue, en une chambre de gaz traité faisant partie du circuit 39 de circulation de

gaz, et une chambre de traitement 66 dans laquelle l'hydro-

gène et ses isotopes qui ont été séparés sont conservés.

L'hydrogène contenu dans le gaz inerte, par exemple l'hélium introduit dans la chambre 65 de gaz traité, est

transmis à la chambre 66 de traitement à travers la mem-

brane 64 L'hydrogène et le gaz inerte sont ainsi séparés mutuellement A ce moment, la chambre 66 de traitement est évacuée avec la pompe à vide 48 afin que le rendement de

séparation de l'hydrogène et de ses isotopes soit accru.

Des organes de piégeage d'hydrogène 67, formés de titane ou d'un alliage de conservation d'hydrogène, sont

logés dans la chambre 66 de traitement de l'organe 46.

L'hydrogène séparé est adsorbé par les organes 67 de piégeage L'hydrogène et ses isotopes contenus dans le gaz inerte sont conservés dans les organes 67 de piégeage Les exemples d'éléments ou d'alliages formant des organes 67 de piégeage, autres que le titane, sont Ba, Ca, Ce, Cs, Dy, Er, Gd, Hf, Ho, K, La, Li, Lu, Mg, Na, Nd, Pr, Pu, Rb, Sc,

Sm, Sr, Tb, Th, Tm, U, Y, Zr et l'alliage Al-Zr.

Grâce à la conservation de l'hydrogène et de ses isotopes dans les organes de piégeage 67, la contamination de l'eau de refroidissement par le tritium du plasma 11 qui

est transmis et diffuse à travers la structure de refroi-

dissement 53 et son mélange dans l'eau de refroidissement

*sont efficacement évités.

Ainsi, même si la structure 53 de refroidissement placée dans l'élément constituant interne du réacteur de fusion est détériorée par les charges thermiques et de particules reçues du plasma 11, la détérioration est immédiatement détectée et la fiabilité du réacteur de fusion peut donc être accrue En outre, le tritium (T), c'est-à-dire un matériau radioactif constitué d'un isotope de l'hydrogène, provenant du plasma et qui est transmis à travers la structure 53 de refroidissement et diffuse à

travers celle-ci vers l'eau de refroidissement, est col-

lecté par les espaces 60 entre les parois de la structure 53, séparé par la membrane perméable 64 et conservé dans les organes de piégeage 67 de l'organe 46 de traitement sans mélange à l'eau de refroidissement Il est donc

possible d'éviter la contamination de l'eau de refroidis-

sement par le tritium et d'augmenter de manière importante la sécurité de fonctionnement du réacteur par rapport à la

technique antérieure.

Dans une variante, l'organe 46 de traitement d'hydrogène peut être réalisé afin qu'il oxyde l'hydrogène et ses isotopes séparés par la membrane perméable 64 Dans ce cas, l'hydrogène ou ses isotopes séparés par la membrane

64 peuvent être conservés sous forme d'eau en étant récu-

pérés et brûlés pour la création d'eau.

La structure 53 de refroidissement à plusieurs parois formées dans la première paroi 50 est fabriquée de manière que les organes 54 de paroi interne et l'organe 55 de paroi externe soient formés séparément par soudage et usinage et soient ensuite usinés par travail à froid, par exemple par dilatation de tubes, mise en forme par une pression hydraulique ou mise en forme par explosion, si

bien que les surfaces des parois sont intimement ajustées.

On se réfère aux figures 5 A et 5 B; chaque segment d'enveloppe 33 de l'ensemble d'enveloppes externes 22 a aussi une fonction régénératrice interne de tritium Ainsi, dans le segment 33, l'oxyde de lithium (Li) 70 est contenu sous forme d'un matériau régénérateur de tritium, et du béryllium 71 est contenu comme matériau facilitant la régénération de tritium, permettant la multiplication des neutrons L'oxyde de lithium 70 forme du tritium (T) par utilisation des neutrons diffusés à partir du plasma 11, par mise en oeuvre de la réaction suivante 6 Li + N -> He + T + 4,8 Me V 7 Li + N -> 4 He + T + N 2,5 Me V ( 1) La teneur en 6 Li du lithium naturel est de 7,42 % en poids, et la teneur 7 Li du lithium naturel est de 92,58 i en poids Le lithium métallique et les alliages de lithium Li 17 Pb 83 existent sous forme de lithium liquide Les céramiques de lithium Li 20, Li 2 Al O 2, Li 2 Zr O 3 et Li 2 Sio 4 et

l'alliage Li 62 Pb 38 existent sous forme de lithium solide.

Pour faciliter la création du tritium par réaction d'oxyde de lithium et de neutrons, le béryllium (Be) 71 contenu dans chaque segment d'enveloppe 33 est utilisé pour

la multiplication des neutrons du plasma 11.

9 Be + N -> 2 x 4 He + 2 N ( 2) Dans chaque segment d'enveloppe 33 de l'ensemble 23 d'enveloppes externes en particulier du côté générateur de plasma, les structures 73 de refroidissement d'enveloppes peuvent être disposées sous forme de plusieurs couches à certains intervalles comme indiqué sur la figure 5 B sur laquelle la structure 73 est représentée en combinaison avec la structure 53 de refroidissement d'enveloppe Le matériau régénérateur de neutrons (matériau facilitant la régénération du tritium), c'est-à-dire le béryllium 71, et le matériau régénérateur de tritium, c'est-à- dire le lithium 70, sont disposés entre les structures 73 de

refroidissement d'enveloppes.

Chaque structure 73 de refroidissement d'enveloppe a plusieurs parois analogues à la structure 53 de la figure 7 et comporte des organes de paroi interne dans lesquelles

sont formés des canaux de circulation d'eau de refroidis-

sement, et un organe de paroi externe entourant les organes de paroi interne Des fils métalliques augmentant la conduction de chaleur sont placés dans des espaces compris entre les surfaces des organes de paroi interne et externe, et le gaz inerte, par exemple l'hélium, circule dans ces espaces. Les canaux d'eau de refroidissement formés dans les

organes de paroi interne 55 des structures 73 de refroidis-

sement d'enveloppes communiquent avec des collecteurs 75 de refroidissement d'enveloppes formés dans un tronçon arrière du segment 33 Les collecteurs 75 communiquent avec une canalisation 35 d'eau de refroidissement du circuit 38 de circulation comme dans le cas de la figure 3, par l'orifice

34 de sortie-entrée de canalisations.

Le tritium (T) est régénéré par la réaction nucléaire des neutrons du plasma 11 et de l'oxyde de lithium 70 de chaque segment 33 de l'ensemble 22, et la température du segment 33 augmente au cours de cette réaction nucléaire jusqu'à une valeur élevée d'environ 400 O C L'ensemble est donc réalisé afin que la chaleur

soit retirée de l'intérieur du segment 33 par refroidis-

sement par circulation d'eau dans les structures 73 de

refroidissement d'enveloppes.

L'eau de refroidissement est conduite de la pompe de circulation, analogue à celle de la figure 3, aux canaux

d'eau de refroidissement des structures 73 de refroidis-

sement d'enveloppes par les collecteurs 75 afin que les structures 73 soient refroidies Le réacteur de fusion assure l'extraction, sous forme d'énergie, de la chaleur conduite vers le fluide de refroidissement, c'est-à-dire l'eau de refroidissement dans les structures 73 Un générateur de vapeur, non représenté, est destiné à extraire la chaleur du circuit de circulation d'eau de refroidissement, et la vapeur d'entraînement des turbines à vapeur est créée par le générateur de vapeur.5 Les espaces compris entre les organes de parois interne et externe des structures 73 de refroidissement à plusieurs parois sont formés de la même manière que sur les

figures 6 et 7 et sont raccordés à un circuit de circu-

lation de gaz inerte par des collecteurs 62 de gaz de circulation dans les espaces formés dans un tronçon arrière

de chaque segment 33.

Dans une canalisation du circuit de circulation de gaz, un mécanisme de détection de fuites, un mécanisme de détection de pression et un organe de traitement d'hydro-15 gène sont disposés de la manière déjà représentée sur la figure 3 Les espaces formés entre les parois communiquent avec le mécanisme de détection de fuites, le mécanisme de détection de pression et l'organe de traitement d'hydrogène par l'intermédiaire de la canalisation de circulation de gaz. L'apparition de fissures ou d'une détérioration dans les organes de parois interne et externe des structures 73 est détectée par le mécanisme de détection de fuites, le

mécanisme de détection de pression et l'organe de traite-

ment d'hydrogène, et l'hydrogène et ses isotopes sont

séparés du gaz inerte pour être retenus.

Le circuit de circulation d'eau de refroidissement raccordé aux canaux de la structure 73 et le circuit de circulation de gaz communiquant avec les espaces entre les parois peuvent être réalisés indépendamment du circuit 38 de circulation d'eau de refroidissement et du circuit 39 de

circulation de gaz associé à la structure 53 de refroidis-

sement de la première paroi 50, ou peuvent être disposés sous forme de circuits de circulation commun aux structures 73 de refroidissement d'enveloppes et à la structure 53 de refroidissement. La structure de refroidissement d'enveloppes est incorporée à l'ensemble d'enveloppes externes et est ainsi

raccordée au circuit de circulation d'eau de refroidis-

sement et au circuit de circulation de gaz de la manière précitée, et la détérioration de la structure de refroidis- sement d'enveloppe peut être détectée dans ces circuits En conséquence, même si une fuite d'eau de refroidissement due à la détérioration de la structure de refroidissement d'enveloppe se produit, la réaction chimique entre l'oxyde de lithium et l'eau de refroidissement dans l'ensemble d'enveloppes externes peut être évitée par détection immédiate de la fuite d'eau de refroidissement Ainsi, la sécurité et la fiabilité de fonctionnement du réacteur de

fusion peuvent être accrues.

Il faut noter que la même structure de refroidis-

sement d'enveloppes pratiquement est formée avec l'ensemble 21 d'enveloppes internes, si bien qu'on ne la décrit pas en

détail pour éviter une duplication de la description Un

circuit de circulation d'eau de refroidissement et un

circuit de circulation de gaz destinés à l'ensemble d'enve-

loppes internes peuvent être placés indépendamment de ceux des enveloppes externes, comme représenté sur la figure 3,

ou en commun.

En outre, si la structure de refroidissement d'enve-

loppes est utilisée, le tritium qui diffuse en excès à travers la structure de refroidissement d'enveloppes peut circuler dans les espaces formés entre les diverses parois des organes de parois interne et externe de la structure de refroidissement d'enveloppe avant d'atteindre l'eau de

refroidissement Il est donc possible d'empêcher la conta-

mination de l'eau de refroidissement et d'améliorer grande-

ment la sécurité du fonctionnement.

Les divertisseurs 23 sont disposés dans le réacteur de fusion à des positions supérieure et inférieure, à l'état installé, dans le récipient torique 12 sous vide du

réacteur de fusion.

Les divertisseurs 23 sont placés en positions

supérieure et inférieure du récipient 12 en étant légère-

ment décalés vers l'intérieur Plusieurs divertisseurs 23, par exemple au nombre de trente-deux, sont disposés dans chacune des positions supérieure et inférieure dans la

direction circonférentielle du récipient 12 Comme l'in-

dique la figure 8, chaque divertisseur 23 est porté par un support 79 Chaque divertisseur 23 a des structures 80 de refroidissement qui sont supportées par des tubes 81 de support de divertisseurs et une structure 82 de support

comme indiqué sur la figure 9.

Les divertisseurs 23 reçoivent les plus grandes charges thermiques et de particules du plasma 11, parmi la structure et l'élément constituant interne du réacteur de fusion, et ils sont donc facilement détériorés par la chaleur La charge thermique est au maximum de 15 MW/m M 2, et les matériaux ordinaires fondent sous l'action d'une

telle charge thermique En conséquence, les organes réfrac-

taires 83 formés de matériaux à température élevée de fusion, par exemple de graphite ou de tungstène, sont fixés aux surfaces des divertisseurs 23 tournées vers le plasma,

par brasage ou analogue.

Une structure de tubes, telle que représentée sur la

figure 10, formée de cuivre ou analogues ayant une conduc-

tibilité thermique élevée, est adoptée comme structure 80 de refroidissement de chaque divertisseur 23 Ainsi, chaque structure 80 est formée d'une structure à plusieurs parois dans laquelle un tube interne 85 forme une paroi interne et un tube externe 86 forme une paroi externe entourant le

tube interne Lorsque chaque structure 80 de refroidis-

sement forme une structure à plusieurs parois, la conducti-

bilité thermique est réduite Cependant, l'épaisseur des tubes externes 86 les plus proches du plasma peut être

réduite afin que la conductibilité thermique soit accrue.

Il faut évidemment noter que la structure à plusieurs parois telle que représentée sur la figure 7 peut être adoptée à la place de la structure à tube circulaire de la

figure 10 pour le divertisseur 23.

Habituellement, la résistance mécanique du cuivre (Cu) est réduite aux températures élevées Le cuivre utilisé pour le refroidissement des divertisseurs 23 est chauffé à 800 O C environ au maximum, et la résistance mécanique du cuivre est considérablement réduite à cette température En conséquence, un matériau résistant à température élevée, appelé cuivre durci par diffusion d'alumine, peut être utilisé à la place de cuivre afin que

la résistance mécanique des structures 80 de refroidis-

sement soit accrue Dans ce cas cependant, une fissuration des organes réfractaires 83 à température élevée de fusion, recouvrant les structures 80 de refroidissement, risque d'apparaître à cause des contraintes thermiques Pour que la détérioration, comprenant cette fissuration, soit évitée, les structures 80 de refroidissement relativement

proches des organes réfractaires 83 peuvent être cons-

truites de manière que du cuivre ordinaire forme un organe d'amortissement des contraintes ayant une conductibilité thermique élevée, pour la formation des tubes externes 86, alors que du cuivre durci par diffusion d'alumine est utilisé pour la formation des tubes internes 85 De cette manière, les structures 80 de refroidissement peuvent être formées avec une meilleure fiabilité, et avec cependant conservation des caractéristiques physiques et mécaniques voulues. Comme représenté sur la figure 10, chaque structure de refroidissement des divertisseurs 23 forme une structure à plusieurs parois, un canal 88 dans lequel l'eau de refroidissement circule est formé dans le tube interne qui délimite une surface interne, un espace annulaire 89 est formé entre le tube interne 85 et la paroi externe formée par le tube externe 86, et des fils métalliques 90 dont la conductibilité thermique est élevée sont placés dans l'espace 89 Le gaz inerte, par exemple l'hélium, est

conduit dans l'espace 89.

Comme l'indique la figure 11, le canal 83 de circu-

lation d'eau de refroidissement de chaque structure de refroidissement 80 est raccordé aux collecteurs 91 de refroidissement de divertisseurs, alors que l'espace 89 formé entre les parois communique avec des collecteurs 92 de gaz Les collecteurs 92 de gaz sont formés par exemple

dans les collecteurs 91 de refroidissement des divertis-

seurs Les collecteurs 91 sont disposés indépendamment des côté d'alimentation-retour d'eau de refroidissement La configuration en coupe des collecteurs 91 et 92 peut

sélectionnée à diverses configurations.

Les collecteurs 91 de refroidissement de divertis-

seurs, ayant par exemple une section circulaire, sont

raccordés à un circuit de circulation d'eau de refroidis-

sement comme représenté sur la figure 3, et l'eau de refroidissement est pompée par une pompe de circulation dans les collecteurs 91 et les canaux 88 des structures 80

de refroidissement.

Les espaces 84 délimités entre les parois dans les structures 80 de refroidissement sont raccordés à un circuit de circulation de gaz analogue à celui de la figure 3 par des collecteurs 92 de circulation de gaz, et le gaz inerte, par exemple l'hélium, est pompé par une pompe non représentée afin qu'il circule dans les espaces 84 Un mécanisme de détection de fuites, un mécanisme de détection de pression et un organe de traitement d'hydrogène sont

placés dans le circuit de circulation de gaz La fissura-

tion ou détérioration des tubes internes et externes des structures 80 de refroidissement est détectée par le

mécanisme de détection de fuites ou le mécanisme de détec-

tion de pression, et l'hydrogène est ses isotopes sont

séparés et retenus par l'organe de traitement d'hydrogène.

La fiabilité des divertisseurs 23 utilisés dans des conditions plus sévères que celles que subit la première paroi 50 de l'ensemble d'enveloppes externes 22 peut être accrue par formation des structures 80 de refroidissement des divertisseurs 23 avec une structure à deux parois, et par recouvrement de la face tournée vers le plasma à haute

température d'un matériau réfractaire 83 formé d'un maté-

riau à température élevée de fusion.

La structure 80 de refroidissement à plusieurs parois ayant une disposition circulaire de tubes, peut être

remplacée par celle de la figure 3, dans une variante.

Ainsi, les structures respectives de refroidissement 53, 73 et 80 peuvent être formées pratiquement avec la même forme

afin qu'elles donnent une section rectangulaire ou circu-

laire par exemple.

Dans le cas o l'hélium ou un gaz inerte fuit vers l'espace interne 19 du récipient sous vide 12, à la suite de détérioration des structures à plusieurs parois 53, 73 et 80 de l'ensemble 18 de la structure interne placée dans le récipient torique 12 du réacteur de fusion dans cette direction circonférentielle, le détecteur 31 d'hélium ou le dispositif de détection de gaz détecte les fuites d'hélium, et il est possible de déterminer que certaines structures

53, 73 et 80 sont détériorées, grâce à cette détection.

Dans ce cas, lorsque plusieurs détecteurs 31 d'hélium sont utilisés, il est possible de déterminer la partie du récipient sous vide dans laquelle les fuites d'hélium sont

les plus grandes et de déterminer ainsi la partie dété-

riorée des structures de refroidissement.

Pour que l'hélium créé par la réaction de fusion et les fuites d'hélium dues à la détérioration des structures de refroidissement 53, 73 et 80 puissent être distingués sans ambiguïté, la disposition peut être telle que le gaz inerte, autre que l'hélium ou un mélange contenant un tel gaz inerte, est utilisé comme gaz s'écoulant dans les structures 53, 73 et 80, et que les détecteurs 31 détectent des gaz autres que l'hélium En outre, si la concentration de gaz inerte varie occasionnellement par rapport à celle des canaux de circulation de gaz des structures 53, 73 et

80 de refroidissement, une partie détériorée de la struc-

ture de refroidissement peut être déterminé d'une manière

plus certaine.

Ainsi, une partie détériorée des structures 53, 73 et 80 de refroidissement peut être déterminée à l'aide de plusieurs détecteurs 31 d'hélium communiquant avec l'espace interne 19 du

récipient torique sous vide 12 et peut donc 5 être réparée rapidement Il est donc possible de réaliser un réacteur de fusion ayant une fiabilité encore accrue.

Dans le mode de réalisation de l'invention décrit précédemment, les espaces annulaires 60 entre les parois sont formés dans la structure 53 de refroidissement de la10 première paroi de l'ensemble d'enveloppe externe 22, et des fils métalliques 61 sont placés dans les espaces 60 Dans

une variante, la disposition peut être telle que repré-

sentée sur la figure 12 sur laquelle les surfaces des parois de la structure 53 A de refroidissement formées drorganes de paroi interne 54 et d'un organe de paroi externe 55 sont intimement ajustées, des gorges 95 de circulation de gaz sont formées par des espaces partiels entre les organes de paroi, et un gaz inerte, par exemple l'hélium, circule dans les gorges 95 Comme les surfaces des parois de la structure 53 A sont maintenues en contact intime, la surface de conduction de chaleur entre les parois est élevée et la conduction de chaleur entre les diverses parois est accrue Il est donc possible de retirer efficacement la chaleur des éléments constituants Dans cette disposition cependant, des espaces de paroi interne dans lesquels circule le gaz inerte tel que l'hélium, peuvent être limités et le débit de circulation du gaz dans les gorges 95 est donc réduit et permet une augmentation du

temps de détection des fuites d'eau de refroidissement.

Dans les éléments constituants internes de ce réacteur de fusion, les structures de refroidissement sont sous forme de structures à plusieurs parois dont les surfaces sont ajustées les unes sur les autres, avec formation de gorges d'écoulement de gaz entre elles ou des fils conducteurs de chaleur sont placés dans les espaces entre les surfaces de paroi qui ne sont pas en contact, le gaz, par exemple de l'hélium, circule dans les gorges ou espaces, et un mécanisme de détection de fuites et un mécanisme de détection de pression communiquant avec les espaces sont utilisés afin qu'ils permettent la détection des fissures, et les détériorations des structures de refroidissement même lorsque la fissuration ou la détério- ration est très petite En outre, un organe de traitement d'hydrogène est destiné à retirer l'hydrogène ou ses isotopes avant qu'ils ne pénètrent dans les canaux de refroidissement Il est donc possible de réaliser un réacteur de fusion qui peut fonctionner avec une sécurité et une fiabilité accrues par rapport à un réacteur de

fusion de la technique antérieure.

La figure 13 représente une structure simplifiée de

structure modifiée de refroidissement d'ensemble d'enve-

loppes internes ou externes ou de structures de divertis-

seurs du mode de réalisation précédent.

Dans ce mode de réalisation, la structure de refroi-

dissement 53, 73 ou 80 est donnée comme étant formée en une seule pièce avec la structure des premières parois de l'enveloppe ou du divertisseur Cependant, la surface 50 de la première paroi est tournée vers le plasma 11, si bien que cette surface 50 risque d'être détériorée par la charge thermique provenant du plasma 11 Il est donc nécessaire de remplacer la structure de paroi plusieurs fois pendant la

durée de vie du réacteur de fusion Le remplacement néces-

site cependant le remplacement de l'ensemble d'enveloppes du mode de réalisation considéré dans lequel la structure de paroi est intégrée à l'ensemble d'enveloppes, et a une dimension élevée et un poids important, par exemple d'environ 40 à 80 t si bien que l'opération est peu commode et fastidieuse En outre, ce travail de remplacement doit

être réalisé habituellement dans des conditions d'expo-

sition des ouvriers à un rayonnement, si bien que le

problème est encore plus sévère.

Compte tenu des considérations qui précèdent, l'invention concerne un autre mode de réalisation d'élément constituant interne d'un réacteur de fusion ayant une structure de refroidissement qui est formée séparément de

l'ensemble d'enveloppes ou divertisseurs.

Comme l'indique la figure 13, une structure 100 de paroi de type séparé, correspondant à la surface 50 du premier mode de réalisation, a une configuration correspon- dant à la surface externe de l'ensemble d'enveloppes, non représenté sur la figure 13, mais analogue à celui de la figure 2, sur lequel est appliquée la structure de paroi, et comporte une structure 120 de refroidissement Comme indiqué par les flèches, l'eau de refroidissement circule dans un passage de la structure de refroidissement en pénétrant par un collecteur d'entrée 102 et en sortant par

un collecteur 103 de sortie.

Dans la représentation de la figure 13, l'eau de refroidissement tourne à l'extrémité inférieure du passage de circulation vers un passage adjacent au passage précité, mais, en pratique, il est souhaitable que la circulation de l'eau de refroidissement s'effectue comme indiqué sur la figure 14 sur laquelle l'eau de refroidissement circule d'un passage à un autre, qui est séparé du premier par deux ou trois autres passages, car il est difficile de former un

coude brusque en réalité dans la structure de refroidis-

sement à la position de changement de direction.

Ce mode de circulation peut être remplacé par un autre tel que représenté sur la figure 15, et il faut évidemment noter qu'un autre mode de circulation peut être adapté.

En outre, la structure 100 de paroi ayant la struc-

ture 101 de refroidissement peut être appliquée à l'ensemble d'enveloppes internes et à l'organe divertisseur aussi bien qu'à l'ensemble d'enveloppes externes, sans utilisation de dispositif particulier L'application d'une telle structure 100 de paroi à la surface de l'ensemble d'enveloppes externes tournée vers le plasma est réalisée avec un dispositif convenable, par exemple par soudage ou à l'aide d'un organe de montage En outre, dans une autre variante, la structure 100 de paroi peut être divisée en plusieurs tronçons verticaux, dans l'état représenté, afin

que la fabrication et la manutention soient faciles.

Il faut aussi noter que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et que d'autres changements et modifications peuvent être réalisés

sans sortir du cadre des revendications annexées.

Comme décrit précédemment, dans les structures ou élément constituant interne du réacteur de fusion selon l'invention, les structures de refroidissement formées dans l'ensemble de la structure interne placée dans le récipient torique sous vide sont des structures à plusieurs parois, et des canaux de circulation de fluide de refroidissement sont formés dans les structures de refroidissement, si bien qu'une protection multiple est assurée contre les charges thermiques et de particules reçues du plasma par les structures de refroidissement Pour que la conduction de chaleur soit facilitée entre les diverses parois des structures de refroidissement, ces parois sont ajustées les unes sur les autres ou des fils métalliques sont placés dans les espaces formés entre les parois, et l'épaisseur des parois est modifiée afin que la conduction de chaleur soit accrue, si bien qu'une protection multiple est obtenue

sans réduction de la fonction de refroidissement de l'or-

gane constituant interne Dans les structures de refroidis-

sement, les gorges de circulation du fluide sont formées par des espaces partiels délimités entre les surfaces ajustées des diverses parois, et une fonction de détection de fuites de refroidissement circulant dans les gorges ou espaces réalisés entre les parois est obtenue, si bien qu'il est possible de détecter des fuites mêmes faibles de fluide de refroidissement dues à une fissuration ou une détérioration des structures de refroidissement Il est donc possible d'éviter une rupture ou une détérioration des structures de refroidissement lors de la progression des détériorations ou fissurations de la structure interne du réacteur de fusion, ou un accident dû à une perte de

refroidissement à la suite de la rupture ou de la détério-

ration des structures de refroidissement.

Si la nature et le rapport de mélange des fluides qui circulent dans les espaces formés entre les parois multiples des structures de refroidissement ou dans des gorges formées par les espaces partiels sont convenablement sélectionnés, un emplacement auquel une fissuration ou une détérioration des structures de refroidissement apparaît peut être déterminé Il est donc possible de prendre rapidement des mesures de réparation ou de maintenance des structures ou éléments constituants internes du réacteur de fusion La fiabilité du réacteur de fusion est ainsi accrue. En outre, une fonction d'évacuation du tritium traversant les structures de refroidissement par les espaces formés entre les parois multiples des structures de refroidissement ou dans les gorges de circulation formant des espaces partiels est obtenue, et un alliage de retenue d'hydrogène est utilisé afin qu'il forme une partie ou la totalité du matériau des parois La quantité de tritium qui traverse les structures de refroidissement, diffuse à travers elles et pénètre dans le fluide de refroidissement

peut donc être réduite efficacement, si bien que la conta-

mination du fluide de refroidissement par le tritium est

limitée.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux structures qui viennent

d'être décrites uniquement à titre d'exemples non limi-

tatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1 Elément constituant interne d'un réacteur de fusion, dans lequel un ensemble formant une structure interne est logé dans un récipient torique sous vide ( 12) dans lequel les éléments internes sont disposés en direction circonférentielle, et dans lequel un plasma à haute température ( 11), dans lequel l'hydrogène et des isotopes de l'hydrogène sont maintenus à un état de plasma, est confiné dans un espace interne torique ( 19) délimité par

l'ensemble de la structure interne, ledit élément consti-

tuant interne étant caractérisé en ce qu'il comprend: une structure de refroidissement ( 53) ayant plusieurs parois ( 54, 55) formées sur l'ensemble de la structure interne, et un canal ( 56) de circulation formé dans la structure

de refroidissement et destiné à un fluide de refroidisse-

ment qui extrait la chaleur dégagée par le plasma et par

une réaction nucléaire.

2 Elément selon la revendication 1, caractérisé en

ce que l'ensemble de la structure interne comprend plu-

sieurs ensembles d'enveloppes externes ( 22) ayant chacun une surface tournée vers le plasma, plusieurs ensembles d'enveloppes internes ( 21) ayant chacun une surface tournée vers le plasma, et plusieurs ensembles divertisseurs ( 23) ayant chacun une surface tournée vers le plasma, les ensembles d'enveloppes externes, les ensembles d'enveloppes internes et les ensembles divertisseurs étant disposés dans la direction circonférentielle du récipient torique sous vide ( 12), et chacun des ensembles d'enveloppes externes ( 22), d'enveloppes internes ( 21) et de divertisseurs ( 23) possède une structure de refroidissement formée à la

surface tournée vers le plasma.

3 Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que la structure à plusieurs parois de la structure de refroidissement ( 53) est formée d'un organe de paroi interne ( 54) dans lequel est réalisé le canal ( 56) de circulation du fluide de refroidissement, et d'un organe de paroi externe ( 55) entourant l'organe de paroi interne avec

formation d'un espace entre eux.

4 Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un mécanisme ( 43) de détection de fuites est destiné à communiquer avec ledit espace afin qu'il détecte les fuites du fluide de refroidissement dans cet espace formé

entre les organes de parois interne et externe.

Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce qu'un espace ( 63) est formé entre les parois, et un organe ( 46) de traitement d'hydrogène qui peut communiquer avec cet espace est destiné à séparer et retenir l'hydrogène et les isotopes de l'hydrogène qui

peuvent pénétrer dans la structure de refroidissement.

6 Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe ( 46) de traitement d'hydrogène est associé à un circuit de circulation de gaz ( 39) dans lequel circule un gaz, et un espace interne de l'organe ( 46) de traitement d'hydrogène est séparé en une chambre ( 65) de gaz traité faisant partie du circuit de circulation de gaz, et une chambre de traitement ( 66) destinée à retenir l'hydrogène et les isotopes de l'hydrogène, par une membrane ( 64)

perméable à l'hydrogène et à ses isotopes.

7 Elément selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe ( 46) de traitement d'hydrogène est destiné à oxyder au moins l'hydrogène ou un de ses isotopes séparé

par la membrane ( 64) perméable à l'hydrogène.

8 Elément selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un organe ( 67) de piégeage d'hydrogène est placé dans

la chambre de traitement ( 66) de l'organe ( 46) de traite-

ment d'hydrogène, et l'hydrogène et les isotopes de l'hydrogène qui sont séparés sont absorbés et retenus par

l'organe de piégeage d'hydrogène.

9 Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce qu'un espace ( 63) est formé entre les parois ( 53, 54), et des circuits de circulation de gaz ( 49) et de liquide ( 38) communiquent avec cet espace, les circuits de circulation comprenant un dispositif ( 44) destiné à mesurer un changement d'état de pression et une

teneur en eau dans un gaz et un liquide sortant de cet espace, afin qu'une fuite de gaz et d'un liquide de refroi- dissement circulant dans la structure de refroidissement 5 ( 53) puisse être détectée.

Elément selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un espace ( 63) est formé entre les

parois de la structure de refroidissement ( 53), et un mécanisme de détection de pression ( 44) qui peut commu-10 niquer avec cet espace est destiné à détecter des fuites d'un gaz dans cet espace vers l'extérieur de la structure

de refroidissement.

11 Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce qu'un détecteur de gaz est placé dans un orifice d'échappement communiquant avec l'espace interne du récipient torique sous vide ( 12) afin qu'il détecte les fuites de gaz sortant de la structure de refroidissement

( 53) par un espace interne du récipient sous vide ( 12).

12 Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que plusieurs orifices d'échappement ( 25 à 27) communiquant avec l'espace interne du récipient torique sous vide ( 12) sont disposés dans la direction circonférentielle du récipient sous vide, et des détecteurs

( 31) d'un gaz sont disposés au niveau des orifices d'échap-

pement afin qu'ils détectent un emplacement de fuites de

gaz de la structure de refroidissement.

13 Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce qu'un espace ( 63) est formé entre les parois ( 54, 55) de la structure de refroidissement, et les fils métalliques ( 61) de conductibilité thermique élevée

sont placés dans cet espace.

14 Elément selon la revendication 13, caractérisé en ce que les fils métalliques ( 61) sont formés du même

matériau que la structure de refroidissement.

15 Elément selon la revendication 13, caractérisé en ce que les fils métalliques ( 61) sont formés d'un matériau dont la conductibilité thermique est supérieure à

celle du matériau de la structure de refroidissement.

16 Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que les parois ( 54, 55) sont bien ajus-

tées mutuellement et forment des espaces partiels entre les parois sous forme de gorges dans lesquelles un fluide circule.

17 Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que la structure ( 54, 55) à plusieurs parois comporte au moins une partie formée d'un matériau ou

alliage de retenue d'hydrogène.

18 Elément selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que la structure ( 54, 55) à plusieurs parois a une épaisseur qui est réduite du côté tourné vers

le plasma ( 11) à haute température.

19 Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure à plusieurs parois ( 54, 55) a une

section de forme rectangulaire.

Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure à plusieurs parois ( 54, 55) a une

section de forme circulaire.

21 Elément selon la revendication 20, caractérisé en ce que la structure circulaire à plusieurs parois est composée d'organes ( 85, 86) à tubes internes et à tubes

externes entre lesquels est formé un espace circulaire.

22 Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure de refroidissement ( 53) est formée afin qu'elle soit solidaire de la surface tournée vers le plasma ( 11) de chacun des ensembles d'enveloppes externes ( 22),

d'enveloppes internes ( 21) et divertisseurs ( 23).

23 Elément selon la revendication 2, caractérisé en

ce que la structure de refroidissement est formée séparé-

ment de la surface tournée vers le plasma ( 11) de chacun des ensembles d'enveloppes externes ( 22), d'enveloppes internes ( 21) et divertisseurs ( 23), et la structure de

refroidissement est alors fixée à la surface.