核融合装置二重壁真空容器設計の合理化と実用化に関する研究

Rationalization and utilization of double-wall vacuum vessel for tokamak fusion facility

中平 昌隆

Nakahira, Masataka

ITERの真空容器は供用中非破壊検査が困難なため、全く新しい安全確保の考え方を構築する必要がある。また、二重壁構造の閉止溶接の裏側へのアクセスが不可能であるため、従来の構造技術基準では対応できない。さらに高さ10m以上の大型構造体であるが5mm以下の高精度で製作する必要があり、複雑形状で大型なため合理的な溶接変形予測手法を構築する必要がある。本研究では、微小な水リークによる核融合反応停止という性質に着目し、トカマク型の核融合装置が反応停止にかかわる固有の安全性を有することを証明した。これにより、安全性を損なわず供用中非破壊検査が不要とする大幅な合理化の提案ができた。また、二重壁構造を合理的に構築する部分溶込みT字溶接継手を提案し、継手強度並びにすきま腐食感受性を定量的に把握し受容性を確認した。さらに、合理的な溶接変形予測手法を提案するとともに、実大での溶接試験結果と比較してその有効性を確認し、大型の複雑形状を持つ溶接構造物の溶接変形を簡易的に、かつ十分な精度で評価できる手法を提案した。

It is difficult for Vacuum Vessel (VV) of ITER to apply a non-destructive in-service inspection (ISI) and then new safety concept is needed. Present fabrication standards are not applicable to the VV, because the access is limited to the backside of closure weld of double wall. Fabrication tolerance of VV is 5mm even the structure is huge as high as 10m. This accuracy requires a rational method on the estimation of welding deformation. In this report, an inherent safety feature of the tokamak is proved closing up a special characteristic of termination of fusion reaction due to tiny water leak. A rational concept not to require ISI without sacrificing safety is shown based on this result. A partial penetration T-welded joint is proposed to establish a rational fabrication method of double wall. Strength and susceptibility to crevice corrosion is evaluated for this joint and feasibility is confirmed. A rational method of estimation of welding deformation for large and complex structure is proposed and the efficiency is shown by comparing analysis experimental results of full-scale test.