JPH0249191A

JPH0249191A - ダイバータ表面の保守修理装置とその方法

Info

Publication number: JPH0249191A
Application number: JP63134719A
Authority: JP
Inventors: Arata Yamamoto; 新山本; Katsuhiro Tachikawa; 立川　克浩; Satoshi Nishio; 敏西尾; Takeji Kobayashi; 武治小林; Nobuharu Miki; 三木　信晴; Kunihiko Nakajima; 中島　国彦; Tatsuo Saito; 斎藤　龍生; Yasushi Seki; 関　泰; Masao Yamada; 山田　政男
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1988-04-27
Filing date: 1988-06-01
Publication date: 1990-02-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）この発明は、核融合炉のダイバータ表面の保守修理装置
とその方法に関するものである。さらに詳しくは、この
発明は、ダイバータをその場真空内で保守修理できるよ
うにしたダイバータ表面の保守修理装置とその方法に関
するものである。

（背景技術）ダイバータは、核融合炉において炉内のプラズマに発生
ずる不純ｉ吻を除去し、また炉心プラズマの閉じ込め状
態を改善するという重要な役割をになっている。

このダイバータは炉心プラズマと接触する位置に設置さ
れるので、その表面材料としては、熱特性が優れ、プラ
ズマとの相互作用による消耗が少ないことが要求されて
いる。このため、従来より、このような表面材料として
は、タングステン等の重金属が用いられてきた。

しかしながら、プラズマの接触により重金属が蒸発ある
いはスパッタリングしてプラズマ内に侵入すると、その
不純物による輻射損失が大きいことによりプラズマ温度
を低下させ、ひいてはプラズマの消滅を引き起こすとい
う問題がある。このような重金属のプラズマ内への侵入
は、プラズマの追加熱時、特にＲＦ加熱を行なう場合に
も問題となる。

そこで、近年はダイバータの表面材料として、プラズマ
への影響が比較的小さいベリリウム、カーボン、アルミ
ニウム、ロッカロイ等の低原子番号元素からなる材料（
低Ｚ材）を用いることが検討されており、実験炉に実際
に使用されはじめている。

一方、このような低２材はプラズマによるＩＪＩＳ耗が
大きく、たとえばダイバータの表面材料としてカーボン
を用い、これをＦ　Ｉ？、Ｒの工学ミッションを満たず
本格運転において使用する場合には、その損耗度は１日
に厚さ数ｍｍ程度にも達すると予測されている。このた
め、低Ｚ材をダイバータの表面に用いる場合には、その
保守・点検・修理を頻繁に行なうことが必要となる。

しかしなから、このダイバータの保守修理は、これを核
融合炉に設置したままの状態で行なうことはできず、ダ
イバータ・モジュールを交換して行なわねばならない。

このなめ、核融合炉の円滑な連続運転に支障をきたすと
いう問題が生じる。

なお、ダイバータの損耗は上記のようなダイバータ表面
材料とプラズマとの相互作用に起因する消耗のほが、熱
疲労あるいはプラズマの瞬時消滅時の局所灼熱流人によ
る損傷によっても生じるが、低Ｚ材をダイバータの表面
材料とした場合にはプラズマとの相互作用による表面の
損耗かはるかに大きいことから、特にダイバータ表面の
保守修理か問題となる。

このため、ダイバータを核融合炉に設置したままのその
場真空内で保守修理を可能とするダイバータの保守修理
の装置とそのための方法の開発が望まれていた。

（発明の目的）この発明は、以上のようなダイバータの保守修理に関す
る問題を解決するものであり、ダイバータのその場真空
内での保守修理を可能とする新しいダイバータの保守修
理のための装置とそのためのダイバータ表面の保守修理
方法を提供することを１１１勺としている。

（発明の開示）上記の目的を実現するなめに、この発明のダイバータ表
面の保守修理装置は、核融合炉内で遠隔操作可能な多関
節アームの先端に連結したアームに、水平および垂直駆
動自在な効果器を搭載してなることを特徴としている。

以下、この発明のダイバータ表面の保守修理装置とその
方法について図面に沿って説明する。第１図は、この発
明の一例を示したものである。この例においては、多関
節アーム（１）の先端に、４個の枝状アーム（２）を設
け、その各々の枝状アーム（２）に効果器として、視覚
センサ（３）、照明装置（４）、加工片・ダスト吸引装
置（５）、研磨機（６）、およびアーマ材補修機（７）
を、トロリーあるいは伸縮管等からなる水平および垂直
駆動可能な位置決め機構（８）を介して搭載し、それら
に信号線、動力線、配管を接続して核融合炉内で遠隔操
作できるようにしている。このダイバータ表面の保守修
理装置には、さらに必要に応じて、マニュピユレータ、
放射線モニタ、マイクロフォン、温度計、湿度計、真空
リーク計等の各種の装置、あるいは種々の計器を多ｆｆ
ｉ搭載することができる。

これらの各種の装置および計器類からなる効果器は、保
守修理装置を核融合炉の狭いアクセスポートからダイバ
ータの形状に沿って容易に出入りさせることができるよ
うにコンパクトに設計し、信号線、動力線、配管もフレ
キシブルな構造のものを使用し、多関節アーム（１）の
構造体内に格納されるようにすることができる。

このような装置においては、視覚センサ（３）および照
明装置（４）は、保守修理装置を核融合炉内に挿入させ
た際に、ダイバータ表面の状態を把握するのに使用する
。

また加工片・ダスト吸引装置（５）および研磨１１１（
６）は、ダイバータ表面の異物の吸引除去あるいは突出
部の研磨除去に用いる。

アーマ材補修機（７）は、ダイバータ表面のアーマ材の
損耗部を充填し補修するのに使用する。

このアーマ材補修機（７）としては、損耗の激しいとこ
ろを局部的に補修するものと、比較的広範囲に補修す・
るものとを適宜に選択し、または同時に搭載することが
できる。このうち、損耗の激しいところを局部的に補修
するアーマ材補修機としては、たとえば、超高速ＣＶＤ
またはプラズマジェット（直流アーク放電によるプラズ
マと高周波熱プラズマとをハイブリッド化したもの）装
置を使用することかできる。また、比較的広範囲に補修
するアーマ材補修機としては、ＥＣＲＦプラズマやグロ
ー放電プラズマ、あるいはその双方を利用してのイオン
プランテーションのための装置を使用することかできる
。

もちろん、この発明のダイバータ表面の保守修理装置に
ついては、効果器としての各種の装置、計器を適宜に搭
載することができ、その搭載の態様に格別の制限はない
。

たとえば、第２図に示したように、多関節アーム（１）
の先端に、各種装置類を搭載する枝状アーム（２）を放
射状に設けてもよく、あるいは第３図に示したように、
回転自在多関節アーム（１）の先端に設けた回転自在な
プレート状アーム（９）に各種装置類を設置してもよい
。また、第４図に示したように、多関節アーム（１）の
先端に各種装置類を搭載したアーム（２）を格納できる
格納器（１０）を設け、その格納器（１０）を局部遮蔽
するようにしてもよい。

この発明のダイバータ表面の保守修理方法においては、
たとえば、以上例示した保守修理装置を核融合炉内に挿
入し、遠隔操作することによりダイバータ表面の異物を
除去し、次にダイバータ表面のアーマ材の補修を行うが
、この方法は、より詳細には、前処理、本処理、後処理
の３つの処理行程に分けて行なうことかできる。

たとえば、前処理としては、第５図に示したように、核
融合炉のプラズマ真空容器（１１）の狭いアクセスポー
ト（１２）からダイバータの形状に沿ってこの発明の保
守修理装置を挿入し、視覚センサ（３）および照明装置
（４）を遠隔操作してダイバータ表面全体の状態を把握
する。

次に、この表面状態の観察に基づいて加工片・ダスト吸
引装置（５）および研！１１！（６）を操作することに
より、ダイバータ表面の異物を除去し、突出部の研磨除
去を行なう。突出部の研磨除去は、ダイバータ表面に存
在する参考面を基準にして行なう。また、加工片・ダス
ト吸引装置（５）を使用するときには核融合炉本体の真
空排気を停止して炉全体にＤ２　、Ｈｅ等のガスを満た
し、加工片・ダスト吸引装置（５）が作動可能な状態と
する。

次にアーマ材補修機（７）を操作してアーマ材（１３）
の損耗部の充填補修を行なうが、前処理では本処理での
広範囲なアーマ材の補修に先立って、まず上記の参考面
に対して損耗の大きい箇所を局部的に補修する。この場
合に使用するアーマ材補修機（７）の形式としては種々
のものを用いることかできるが、たとえば超高速ＣＶＤ
またはプラズマジェット装置を使用することができる。

以上のような前処理によりダイバータ表面の一応の平滑
化を行なった後、本処理を行なう。

本処理においてはダイバータ表面のアーマ材を広範囲に
充填補修するが、特に、ダイバータ表面と炉心プラズマ
との相互作用か大きくアーマ材（１３）の損耗が激しい
セパラトリックスライン（１４）近傍を中心に補修する
。

この場合に使用するアーマ材補修Ｒ（７）としては、た
とえば、第６図に示したような、ＥＣＲＦプラズマおよ
びグロー放電プラズマ装置を用いることができる。

このアーマ材補修Ｒ（７）には、第６図（ａ）に示した
ように、イオンプランテーションするアーマ材構成元素
の原料ガスを供給する試料ガス配管（１５）、Ｅ（、Ｒ
Ｆ導波管（１６）および冷却管（１７）を接続してあり
、核融合炉内のトロイダル磁場を利用して、ダイバータ
表面のアーマ材の表面上にＥＣＲＦプラズマを発生させ
ることができるようになっている。また、このアーマ材
補修機（７）は、第６図（ｂ）に第６図（ａ）のＸ−Ｘ
断面として示したように、Ｓｍ−Ｃｏ等の永久磁石（１
８）を内蔵することが可能である。

そして、それによりトロイダル磁場を利用できない箇所
のアーマ材の表面も磁場内にあるようにし、ＥＣＲＦ’
プラズマを発生させることができるようにしている。さ
らに、第７図に示すように、アーマ材補修機（７）をア
ノードに、一方ダイバータ（１９）面上のアーマ材（１
３）をカソードとして電圧を印加できるようにしてあり
、上記のＥＣＲＦプラズマとともにグロー放電プラズマ
を発生させることができるようになっている。

このようなアーマ材補修機（７）を用いてアーマ材（１
３）の補修をするに際し、トロイダル磁場が存在すると
ころに設置されているアーマ材（１３）を対象とする場
合には、そこに所定の共鳴周波数のラジオ波（ＥＣＲＦ
）をＥＣＲＦ導波管（１６）を介して伝送し、試料ガス
配管（１５）からアーマ材（１３）の構成元素となる試
料ガスを供給してＥＣＲＦプラズマを発生させ、アーマ
材（１３）の構成元素をイオンプランテーションする。

一方、トロイダル磁場が存在しないところに設置されて
いるアーマ材（１３）を補修するときには、アーマ材補
修機（７）が内蔵するＳｍ−Ｃ０等の永久磁石（１８）
によりダイバータ面に垂直磁場を発生させてトロイダル
磁場が存在する場合と同様にＥＣＲＦプラズマを発生さ
せる。

またこれらのＥＣＲＰプラズマに加えて、第７図に示し
たようにアーマ材補修機（７）とダイバータ（１９）に
電圧を印加することによりグロー放電プラズマを発生さ
せる。そして、双方のプラズマをハイブリッド化するこ
とによりイオンプランテーションの効率を高くする。

なお、試料カスはアーマ材（１３）の構成元素に応じて
適宜選択するが、たとえばアーマ材がカーボンからなる
ときは、ＣＤ、等を使用することができる。

また、補修対象とするアーマ材（１３）としては、トロ
イダル方向が絶縁されているダイバータ面上に形成され
たものとすることが好ましい。

以上のような本処理によりアーマ材（１３）の広範囲な
補修を行なった後、次に後処理として、補修面を精密に
検査し、必要により平滑化する。

この後処理は前処理と同様に、視覚センサ（３）、照明
装置（４）、加工片・ダスト吸引装置（５）および研＠
機（６）を用いて行なうことができる。

この発明のダイバータ表面の保守修理装置は上記のよう
にダイバータ表面のアーマ材の損耗の修復に用いること
ができるが、このほか核融合炉内に挿入し、炉内の真空
・排気、試料カスの供給等を遠隔操作することによりア
ーマ材（１３）の表面に吸着したトリチウムを除去し、
トリチウムインベントリ−を軽減させるように使用する
こともできる。

すなわち、この発明のダイバータ表面の保守修理装置の
試料ガス配管（１５）から重水素を供給し、アーマ材（
１３）の表面に吸着したトリチウムを重水素で置換して
アーマ材表面から脱着させ、炉外に排気することにより
、トリチウムインベントリ−を軽減させることができる
。

ただし、このような方法によってもトリチウムインベン
トリ−をｉｌＸさせることができない場合には、ダイバ
ータに予め装着しであるヒータを用いてダイバータ全体
を約１０００℃に加熱し、トリチウムの放出を図ること
ができる。

（発明の効果）この発明のダイバータ表面の保守修理装置とその方法に
よれば、効果器を搭載して核融合炉内に容易に出入りで
きるようにし、また遠隔操作できるようにしなので、ダ
イバータの保守１６埋を、ダイバータを核融合炉から取
り外すことなく、そこに設置したままのその場真空内で
行なうことができる。

従ってこの発明によれば、従来ダイバータの点検・保守
・修理に費やしていた労力を著しく削減することかでき
る。

また、この発明のダイバータ表面の保守修理装置を用い
てアーマ材の表面に吸着したトリチウムを重水素に置換
ずれは、トリチウムインベントリ−を軽減させることか
できる。

さらに、この発明の付随的効果として、ダイバータ表面
の保守修理が簡便化されるのに（”Ｉ’い、その表面を
構成するアーマ材を薄く形成できるようになるので、ダ
イバータの熱疲労特性を改善することができる。また、
アーマ材を薄く形成することにより、その内部に吸蔵さ
れるトリチウムを減少させることができるので、上述し
たトリチウムインベントリ−を−層軽減させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は、各々この発明のダイバータ表面の
保守修理装置の例を示した斜視図である。第５図は、この発明の装置の使用例を示した断面図であ
る。第６図（ａ）（ｂ）は、各々この発明の装置が搭載する
アーマ材補修機の例を示した斜視図とその部分断面図で
ある。第７図は、この発明の装置の使用７３様を示した断面図
である。１・・・多関節アーム　　　　２・・・アーム３・・・
視覚センサ　　　　　４・・・照明装置５・・・加工片
・ダスト吸引ＨＦ６・・・研＠機　　　　　　　７・・・アーマ材補修機
８・・・駆動位置決め機構９・・・プレート状アーム　１０・・・格納器１・・・
プラズマ真空容器２・・・アクセスボー１〜　１３・・・アーマ材４・・
・セバトリックスライン５・・・試料ガス配管６・・・ＥＣＲＦ導波管　　１７・・・冷却管８・・・
永久磁石　　　　　１つ・・・ダイバータ第１図代理人　弁理士　　西　　澤　　利　　夫第図第図第図第図第図（ａ）（ｂ）第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）核融合炉内で遠隔操作可能な多関節アームの先端
に連結したアームに、水平および垂直駆動自在な効果器
を搭載してなることを特徴とするダイバータ表面の保守
修理装置。
（２）効果器が、視覚センサ、照明装置、加工片・ダス
ト吸引装置、研磨機およびアーマ材補修機からなる請求
項（１）記載のダイバータ表面の保守修理装置。
（３）アーマ材補修機が、超高速ＣＶＤまたはプラズマ
ジェット装置である請求項（２）記載のダイバータ表面
の保守修理装置。
（４）アーマ材補修機が、ＥＣＲＦプラズマまたはグロ
ー放電プラズマイオンプランテーション装置である請求
項（１）記載のダイバータ表面の保守修理装置。
（５）請求項（１）記載のダイバータ表面の保守修理装
置を核融合炉内に挿入して遠隔操作することによりダイ
バータ表面のその場真空内保守修理を行なうダイバータ
表面の保守修理方法。
（６）アーマ材を補修する請求項（５）記載のダイバー
タ表面の保守修理方法。
（７）アーマ材を、超高速ＣＶＤまたはプラズマジェッ
トにより補修する請求項（６）記載のダイバータ表面の
保守修理方法。
（８）アーマ材を、ＥＣＲＦプラズマまたはグロー放電
プラズマによるイオンプランテーションによって補修す
る請求項（６）記載のダイバータ表面の保守修理方法。
（９）トロイダル方向が絶縁されているダイバータ面の
アーマ材を補修する請求項（６）記載のダイバータ表面
の保守修理方法。
（１０）ダイバータ表面が吸着したトリチウムを除去す
る請求項（５）記載のダイバータ表面の保守修理方法。