(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-02
(54)【発明の名称】核融合増殖ブランケット
(51)【国際特許分類】
G21B 1/13 20060101AFI20240126BHJP
G21B 1/11 20060101ALI20240126BHJP
G21C 3/24 20060101ALI20240126BHJP
【ＦＩ】
G21B1/13
G21B1/11 G
G21C3/24
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023546216
(86)(22)【出願日】2022-01-31
(85)【翻訳文提出日】2023-07-28
(86)【国際出願番号】 GB2022050248
(87)【国際公開番号】W WO2022162393
(87)【国際公開日】2022-08-04
(31)【優先権主張番号】2101236.4
(32)【優先日】2021-01-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523288204
【氏名又は名称】オックスフォード シグマ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100168583
【弁理士】
【氏名又は名称】前井 宏之
(72)【発明者】
【氏名】デービス・トーマス
(72)【発明者】
【氏名】マスグローブ・ジョナサン
(57)【要約】
トリリウム燃料を増殖するために核融合炉で使用する新規のブランケット設計および構成を提示する。増殖ブランケット設計は、異なる鋼から形成された異なるセクションからなる鋼製導管からなり、鋼製導管は液体増殖材を循環させるために使用される。
【選択図】図６
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ核融合炉用の増殖ブランケット（３００；４００；５００）であって、前壁（３１０；４１０；５１０）と、
プラズマとは反対の前記第１の壁の側（３１０；４１０；５１０）に位置する複数の鋼製導管（３３０；４３０；５３０）であって、液体増殖材を循環させるための複数の第１セクション（３４０；４４０；５４０）と複数の第２セクション（３５０；４５０；５５０）を有する、前記複数の鋼製導管と
を備え、
前記複数の第１セクション（３４０；４４０；５４０）は前記プラズマから離れており、前記複数の第２セクション（３５０；４５０；５５０）は前記プラズマに近接しており、
前記複数の第２セクション（３５０；４５０；５５０）の前記鋼は、酸化物の分散粒子で強化されている、増殖ブランケット。
【請求項2】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションと前記複数の第２セクションの前記鋼は、アルミナ形成鋼（ＦｅＣｒＡｌ）である、請求項１に記載の増殖ブランケット。
【請求項3】
前記粒子は主に直径がｌ００ｎｍ以下、好ましくは直径が５０ｎｍ以下、より好ましくは平均直径が５ｎｍである、請求項１または２に記載の増殖ブランケット。
【請求項4】
前記酸化物の粒子は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、またはそれらの混合物からなる群から選択される１または複数の酸化物のナノ粒子である、請求項１、２、または３に記載の増殖ブランケット。
【請求項5】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションの前記鋼は、重量％で、８．０～１４．０のクロム（Ｃｒ）と、
３．０～６．０のアルミニウム（Ａｌ）と、
０．５～２．０のモリブデン（Ｍｏ）と、
０．５～１．１のニオブ（Ｎｂ）と、
０．１～０．２のチタン（Ｔｉ）と、
各々が０．０２未満の炭素（Ｃ）、および窒素（Ｎ）とを含み、
残りの残部が鉄（Ｆｅ）を含む、請求項２に記載の増殖ブランケット。
【請求項6】
好ましくは、前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションの前記鋼は、重量％で：８．５～９．５のＣｒと、
５．０～６．０のＡｌと、
１．１～１．５のＭｏと、
０．９～１．１のＮｂと、
０．１２５～０．１７５のＴｉとを含む、請求項５に記載の増殖ブランケット。
【請求項7】
前記鋼製導管の前記第２セクションの前記鋼は、凝固前の重量％で、８．０～１４．０のＣｒと、
３．０～６．０のＡｌと、
０．５～２．０のＭｏと、
０．５～１．１のＮｂと、
０．１～０．２のＴｉと、
０．１～０．５の酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）と、
各々が０．０２未満のＣ、及びＮのとを含み、
残りの残部がＦｅを含む、請求項２に記載の増殖ブランケット。
【請求項8】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションの前記鋼は、凝固前の重量％で：８．５～９．５のＣｒと、
５．０～６．０のＡｌと、
１．１～１．５のＭｏと、
０．９～１．１のＮｂと、
０．１２５～０．１７５のＴｉと、
０．２５～０．３のＹ2Ｏ3と、を含む、請求項２に記載の増殖ブランケット。
【請求項9】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションの前記鋼は、凝固前の重量％で、０．２～０．５のジルコニウム（Ｚｒ）を更に含む、請求項７または８に記載の増殖ブランケット。
【請求項10】
前記複数の鋼製導管は、前記プラズマからの中性子束と平行に延びるように前記増殖ブランケットに配置された複数のチューブまたは複数のパイプであり、及び／または前記複数の鋼鉄製導管は、前記プラズマからの中性子束に対して垂直に延びるように前記増殖ブランケット内に配置された複数のチューブまたは複数のパイプである、請求項１から９のいずれか１項に記載の増殖ブランケット。
【請求項11】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションの長さに対する前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションの長さの比は、１以上である、請求項１０に記載の増殖ブランケット。
【請求項12】
前記鋼製導管は中空の平行六面体を形成している、請求項１から９のいずれか１項に記載の増殖ブランケット。
【請求項13】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションの長さに対する前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションの長さの比は、１未満である、請求項１２に記載の増殖ブランケット。
【請求項14】
前記増殖ブランケット内に１つ以上のバッフルを更に備える、請求項１２又は１３に記載の増殖ブランケット。
【請求項15】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションは、前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションと前記複数の第１セクションとが互いに接続される溶接領域を更に備え、前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションは、前記溶接領域外では酸化物粒子の均一な分布を有し、前記溶接領域内には酸化物の前記分散粒子が欠乏している、請求項１から１４のいずれか１項に記載の増殖ブランケット。
【請求項16】
請求項１から１５のいずれかに記載の増殖ブランケットを備える、トリチウム燃料を増殖させるためのシステムであって、液体増殖材が前記増殖ブランケットに戻す前に、前記増殖ブランケットから熱交換器、精製システム、およびトリチウム抽出システムに前記液体増殖材を導くための鋼製配管を更に備える、システム。
【請求項17】
前記配管に使用される前記材料は、アルミナ形成フェライト鋼（ＦｅＣｒＡｌ）である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項18】
前記液体増殖材は、以下のいずれかの溶融混合物を含む、請求項１６または１７に記載のシステム：フッ化リチウム（ＬｉＦ）、およびフッ化ベリリウム（ＢｅＦ2）；または
Ｐｂ－Ｌｉ共晶合金または他のＰｂ－Ｌｉ合金；または
リチウム－錫合金。
【請求項19】
液体増殖材の循環用の鋼製導管を備えるプラズマ核融合炉用増殖ブランケットを構築する構築方法であって、ピルジリング（ｐｉｌｇｅｒｉｎｇ）により、アルミナ形成フェライト鋼から前記複数の鋼製導管の複数の第１セクションを形成することと、
押出により、酸化物の分散粒子を有する酸化物分散強化型（ＯＤＳ）アルミナ形成フェライト鋼から前記鋼製導管の複数の第２セクションを形成することと、
前記複数の第２セクションを前記複数の第１セクションに溶接すること
とを含む構築方法。
【請求項20】
前記複数の第１のセクションと前記複数の第２のセクションは、摩擦鋼溶接で互いに溶接される、請求項１９に記載の構築方法。
【請求項21】
酸化物の前記分散粒子は、主に直径が１００ｎｍ以下、好ましくは直径が５０ｎｍ以下、より好ましくは直径が５ｎｍである、請求項１９または２０に記載の増殖ブランケット。
【請求項22】
酸化物ナノ粒子の前記分散粒子は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、またはそれらの混合物の群から選択される１つ以上の酸化物である、請求項１９から２１のいずれかに記載の構築方法。
【請求項23】
前記導管の前記第１セクションの前記鋼を形成することは、重量％で：
８．０～１４．０のクロム（Ｃｒ）と、
３．０～６．０のアルミニウム（Ａｌ）と、
０．５～２．０のモリブデン（Ｍｏ）と、
０．５～１．１のニオブ（Ｎｂ）と、
０．１－０．２のチタン（Ｔｉ）と、
各々が０．０２未満の炭素（Ｃ）、および窒素（Ｎ）とを提供することであって、鉄（Ｆｅ）を含む残りの残部を、提供することと、
鋼に凝固させること
とを含む、請求項１９に記載の構築方法。
【請求項24】
好ましくは、前記導管の前記第１セクションの前記鋼を形成することは、重量％で：
８．５～９．５のＣｒと、
４．０～５．０のＡｌと、
１．１～１．５のＭｏと、
０．９～１．１のＮｂと、
０．１２５～０．１７５のＴｉとを提供することを含む、請求項２３に記載の構築方法。
【請求項25】
前記導管の前記第２セクションの前記鋼を形成することは、重量％で：
８．０～１４．０のＣｒと、
３．０～６．０のＡｌと、
０．５～２．０のＭｏと、
０．５～１．１のＮｂと、
０．１～０．２のＴｉと、
０．１～０．５の酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）と、
各々０．０２未満のＣ、およびＮとを提供することであって、Ｆｅを含む残りの残部を、提供することと、
酸化物分散鋼に凝固させることとを含む、請求項１８に記載の構築方法。
【請求項26】
好ましくは、前記導管の前記第１セクションの前記鋼を形成することは、重量％で：
８．５～９．５のＣｒと、
４．０～５．０のＡｌと、
１．１～１．５のＭｏと、
０．９～１．１のＮｂと、
０．１２５～０．１７５のＴｉと、
０．２５～０．３のＹ2Ｏ3とを提供することを含む、請求項２５に記載の構築方法。
【請求項27】
前記導管の前記第２セクションの前記鋼を形成することは、重量％で、
０．２～０．５のジルコニウム（Ｚｒ）を提供すること更に含む、請求項２５に記載の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、融合型原子炉用の増殖ブランケットの材料構成に関する。
【背景技術】
【0002】
エネルギー部門では、より環境に優しくクリーンなエネルギーへの需要が成長するにつれて、核融合エネルギー技術に対する関心が高まりを見せている。核融合は、２つの原子核がそれらのコロンビック斥力（Ｃｏｌｕｍｂｉｃ ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ）に抗して融合する物理反応である。核融合エネルギー技術は、２つの水素の同位体の融合によるこの基本的な核反応を利用する。
【0003】
水素は、最も軽い既知の化学元素であり、宇宙に最も豊富に存在する化学物質であり、全バリオン質量の約７５％を占めている。水素には、プロチウム（Ｐ）、重水素（Ｄ）、およびトリチウム（Ｔ）という、３つの自然に発生する同位体がある。Ｐは、最も一般的な水素の同位体であり、１つの陽子を持ち、中性子は持たない。これは、地球の海洋において自然に発生する水素全ての９９．９８％以上を占める。重水素としても知られるＤは、１つの陽子と１つの中性子を含み、地球の海洋においては水素６４２０個中約１個の原子の天然存在度を有し、当該海洋において自然に発生する水素全ての約０．０２％（質量％で０．０３％）を占める。Ｔは、水素の希少な放射性同位体であり、１つの陽子と２つの中性子を含んでいる。自然に発生するトリチウムは地球上では非常にまれである。大気中では微量にしか存在せず、そのガスと宇宙線との相互作用によって形成される。核融合エネルギー技術は、ＤとＴのプラズマの核融合を利用する。
【0004】
磁気閉込核融合では、Ｄ－Ｔプラズマが、限界温度（＞５０，０００，０００℃）下で融合することで、高エネルギーの中性子とヘリウム原子核を放出する。Ｄ－Ｔの核融合によって生成される１７．６ＭｅＶのエネルギーの約８０％は、放出される中性子によって取得される。この反応は次式に要約される：
【0005】
【化1】
【0006】
磁気ミラー、Ｚピンチ、ステラレーター、およびトカマクなど、数多くの磁気閉込Ｄ－Ｔプラズマ核融合装置が長年にわたって研究および開発されてきた。現在まで、Ｄ－Ｔ核融合を達成する最も一般的な方法は、強力な磁場を使用して高温のＤ－Ｔプラズマをトーラス状に閉じ込めるトカマクを使用することである。
【0007】
最も先進的なトカマク設計は、ジョイント・ヨーロッパ・トーラスおよびＩＴＥＲなどの「Ｄ」形トカマク（これは従来のトカマクとしても知られている）と、トーラスの内部半径を最小化した球形トカマクである。球状トカマクは、Ａ＜２．５のアスペクト比を有する。ここで、アスペクト比Ａは、トーラスの短半径に対するトーラスの長半径の比として定義される。トカマクの典型的な特徴には、高いプラズマ電流、大きなプラズマ体積、プラズマの起動および加熱のための補助加熱、および従来型または超電導の磁石によって供給される強力なトロイダル磁場が含まれる。発電核融合条件の場合、トカマク装置は、自立核融合を可能にするために、長い閉込時間、高いプラズマ密度、および高温を維持する必要がある。
【0008】
トリチウムは、核融合炉に必要な量を入手することが困難である。Ｄ－Ｔ燃料核融合炉の場合、トリチウムはＤ－Ｔ核融合反応から生成される中性子を介して炉内で「増殖」する必要がある。最も効率的なアプローチは、リチウムを用いた中性子の捕捉を通して、次の反応によってトリチウムを生成することである：
【0009】
【化2】
【0010】
【化3】
【0011】
図１は、トカマク核融合炉装置を示す。トカマク核融合炉装置は、例示のみに使用される。他の核融合炉装置も可能である。これは、トリチウムを増殖させるための増殖ブランケットで囲まれた、磁気的閉込Ｄ－Ｔプラズマを備える。増殖ブランケットは、Ｄ－Ｔ核融合反応中に放出される中性子にさらされるリチウム含有材で備える。リチウム含有材は、セラミック（例えば、Ｌｉ2Ｏ、ＬｉＡｌＯ2、Ｌｉ2ＺｒＯ3、Ｌｉ4ＳｉＯ4）、液体金属形態（ＰｂＬｉまたはＳｎＬｉ合金または純粋なＬｉ）、または溶融塩（Ｌｉ2Ｆ－ＢｅＦ2）であり得る。
【0012】
増殖ブランケットの機能と特性は、トカマク装置の種類によってではなく、むしろ、核融合反応によって生成される中性子束、フルエンス、およびエネルギースペクトルによって定義される。増殖ブランケットの設計を実行するのに使用されるパラメーターはトリチウム増殖比（ＴＢＲ）である。これは、核融合反応によって消費されるトリチウムに対する増殖ブランケット内で生成されるトリチウムの比率である。余剰＞５％（最低として）が、例えば環境への損失、放射性崩壊、および抽出非効率のようなシステム内のトリチウム損失を補償するために、組み込まれた状態で、ＴＢＲ＞１．０５が実行可能な増殖ブランケットのコンセプトに要求される。
【0013】
図１の核融合炉装置は、Ｄ－Ｔプラズマに重水素を更に供給する重水素源や、（増殖ブランケットに液状形態または溶融塩形態のリチウムが含まれる場合の）増殖ブランケットにリチウムを更に供給するリチウム源などの一次燃料源も備える。
【0014】
図１の核融合炉装置は、ヘリウム抽出システムを示す。これはオプションである。
【0015】
加えて、（構造材における吸収を通じた中性子の損失など）システム内への中性子の漏洩に備えるために、図１の核融合炉装置に中性子増倍材を設けてもよい。一般的な中性子増倍体には、放出される中性子のエネルギーが５ＭｅＶを超える場合に使用されるベリリウムのほか、鉛、錫、ウラン、タングステン、および超ウラン元素が含まれる。典型的な中性子増倍反応は、鉛、錫、タングステン、またはベリリウムの場合は（ｎ，２ｎ）である。ウラン／超ウラン元素の場合、典型的な中性子増倍反応は（核分裂、Ｘｎ）である。ここで、Ｘは核分裂同位体に依存する１～５の数字である。なお、列記されている幾つかの元素は、タングステンがＥ＞５ＭｅＶのため、（ｎ，２ｎ）のエネルギー閾値反応を持つ。
【0016】
図１の核融合炉装置には、蒸気発生器に接続される熱交換器も具備される。熱交換器は、冷却材が流れるパイプ／チューブを備え、リチウムブランケットから熱を抽出し、蒸気発生器に導かれて蒸気を生成し、最終的には電力を生成する。典型的なタイプの冷却材には、液体増殖材（Ｐｂ－Ｌｉ、Ｌｉ、または溶融塩）、水、二酸化炭素ガス、メタン、液体ナトリウム、またはヘリウムガスが含まれる。
【0017】
核融合増殖ブランケット内の増殖材として液体金属を使用することが、現在進行中の一つの科学研究分野になっている。これは、固体増殖と比較した場合、放射性廃棄物の削減、高まるプラント入手可能性、およびトリチウム増殖制御の容易さ故に、最も適切な増殖材であろうと考えられている。核融合が信頼できる電源になるためには、ブランケット内でトリチウムが生成される速度を正確に制御する必要がある。更に、液体増殖材は核融合炉用の冷却材としても機能し、最終的には蒸気タービンサイクルを通じて発電する。
【0018】
このような冷却／増殖材の有力な候補は、ＦＬｉＢｅ（Ｌｉ2ＢｅＦ4）、液体金属Ｌｉ、および液体金属共晶ＬｉＰｂ（１７：８３）（但し、Ｌｉ－Ｐｂの任意の組合せも想定し得る）である。どちらも、大気条件（よって、構造的な力は最小である）、および高温（これは高レベルの効率とコージェネレーション性の可能性を意味する）で良好に機能する。ＦＬｉＢｅ（Ｌｉ2ＢｅＦ4）、Ｌｉ、およびＬｉＰｂ（１７：８３）は、（密度の違いによる）異なる速度でリチウムを燃焼させ、さまざまな量の不純物を生成する。
【0019】
但し、ＦＬｉＢｅとＬｉＰｂ（１７：８３（共晶））は両方とも、ＦＬｉＢｅ（Ｌｉ2ＢｅＦ4）の場合は腐食、ＬｉとＬｉＰｂの場合は溶解などの大きな問題を引き起こし、どちらも、増殖ブランケットにおける冷却／増殖材の実行可能な閉込めに影響を与える。４５０℃を超える温度では、液体ＬｉＰｂは、特にクロミア（Ｃｒ2Ｏ3）形成オーステナイト鋼にとって、非常に腐食性のある媒体となる。更に、中性子照射下では、クロム（Ｃｒ）濃度が高いと（＞９重量パーセント（ｗｔ％））、フェライト系鋼にＣｒに富んだα’相およびσ相の析出物が形成される故に、深刻な時効脆化が発生する可能性がある。オーステナイト系鋼の場合、中性子照射によって４００～６００℃の間で放射線誘発膨張が生じる可能性もある。ＦＬｉＢｅの場合、負電荷を持ったフッ素元素が構造材（ニッケル系および鉄系材料）内のＣｒと反応し、材料からＣｒが浸出する。この浸出効果（腐食および／または溶解とも呼ばれる）により、材料が脆化する。ＦＬｉＢｅ内の水などの不純物は、フッ化水素（ＨＦ）を形成し、これも材料を激しく攻撃する。
【0020】
ライマン、スティーブン Ｓ、およびサングン・リーの「溶融塩化物およびフッ化物塩における腐食研究の集計とデータ分析」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ５１１（２０１８）：５２３－３５）では、溶融塩の腐食に影響を与える要因について議論されている。塩の純度が溶融塩化物およびフッ化物における腐食速度と最も強い相関関係を持つことを報告している。また、彼らは、溶融塩の精製を最小限の腐食レベルまで達成できない場合は、熱力学的に安定したコーティングなどの代替方法を検討する必要があることも示している。
【0021】
ＣＮ１１１８６３２８６Ａには、炭化ケイ素管をベースとしたベリリウム系液体クラッドが記載されている。
【0022】
ＦＬｉＢｅおよびＬｉＰｂなどの二重機能の冷却／増殖材を使用できるように、高レベルの腐食、経年脆化、および放射線脆化を回避する新設計の増殖ブランケットが必要である。このような増殖ブランケットの設計は、原子炉全体の機能を改善することが想定され、そして増殖ブランケットの寿命を延ばすことになる。
【0023】
本発明の様々な実施形態および態様を、添付の図面を参照しながら以下に制限なく説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0024】
【特許文献1】中国特許出願公開第１１１８６３２８６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0025】
本発明の第１態様に係るプラズマ核融合炉用の増殖ブランケットは、前壁と、前記前壁のプラズマとは反対の側に位置する複数の鋼製導管とを備える。前記複数の鋼製導管は、液体増殖材の循環させるための、複数の第１セクションと複数の第２セクションを有する。前記複数の第１セクションは前記プラズマから離隔されており、前記複数の第２セクションは前記プラズマに近接している。前記複数の第２セクションの鋼は、酸化物の分散粒子で強化されている。
【0026】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションおよび前記複数の第２セクションの鋼は、好ましくはアルミナ形成鋼であるＦｅＣｒＡｌ（好ましくはフェライト／またはマルテンサイト鋼）である。
【0027】
前記分散粒子は、主として直径が１００ｎｍ以下、好ましくは直径が５０ｎｍ以下、より好ましくは平均直径が５ｎｍである。それらは、酸化イットリウムであるＹ2Ｏ3、二酸化ジルコニウムであるＺｒＯ2、またはそれらの混合物からなる群から選択される１または複数の酸化物のナノ粒子でもよい。
【0028】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションの鋼は、重量％で：８．０～１４．０のクロム（Ｃｒ）；３．０～６．０のアルミニウム（Ａｌ）；０．５～２．０のモリブデン（Ｍｏ）；０．５～１．１のニオブ（Ｎｂ）；０．１～０．２のチタン（Ｔｉ）、および各々が０．０２未満の炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）とを含む。残りの残部は鉄（Ｆｅ）を含む。
【0029】
より好ましくは、前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションの鋼は、重量％で：８．５～９．５のＣｒ；５．０～６．０のＡｌ；１．１～１．５のＭｏ；０．９～１．１のＮｂ；および０．１２５～０．１７５のＴｉとを含む。
【0030】
好ましくは、前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションの鋼は、凝固前の重量％で：８．０～１４．０のＣｒ；３．０～６．０のＡｌ；０．５～２．０のＭｏ；０．５～１．１のＮｂ；０．１～０．２のＴｉ；０．１～０．５の酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）；および各々が０．０２未満のＣおよびＮを含む。残りの残部はＦｅを含む。
【0031】
より好ましくは、前記複数の第２セクションの鋼は、凝固前の重量％で：８．５～９．５のＣｒ；５．０～６．０のＡｌ；１．１～１．５のＭｏ；０．９～１．１のＮｂ；０．１２５～０．１７５のＴｉ；および０．２５～０．３のＹ2Ｏ3を含む。
【0032】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションの鋼は、凝固前の重量で、０．２～０．５％のジルコニウム（Ｚｒ）を更に含んでもよい。
【0033】
前記複数の鋼製導管は、前記プラズマからの中性子束と平行に延びるように前記増殖ブランケットに配置された複数のチューブまたは複数のパイプ、および／または前記プラズマからの中性子束に対して垂直に延びるように前記増殖ブランケットに配置された複数のチューブまたは複数のパイプでもよい。則ち、主な配置は、前記束が主に前記複数のチューブ／複数のパイプに沿うようでも、または前記複数のチューブ／複数のパイプが前記束を横切るようでもよい。後者の配置は、前記プラズマに近い領域で前記束をブロックするのに適している。異なる領域で異なる配置があってもよい。
【0034】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションの長さに対する前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションの長さの比は、１以上であることが好ましい。
【0035】
複数のチューブ／複数のパイプの代替として、前記複数の鋼製導管は中空の平行六面体または箱または同様の形状を形成してもよい。この場合、前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションの長さに対する前記複数の鋼製導管の前記複数の第１セクションの長さの比は、１未満であることが好ましい。１または複数のバッフルが、前記箱中のより完全な流れのためにそして静的な増殖材のデッドスペースを避けるべく、増殖材の流れを前記複数のバッフル周りに通過させるように、前記箱内にあってもよい。
【0036】
前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションは、前記複数の鋼製導管の前記複数の第２セクションと前記複数の第１セクションとが互いに接続される溶接領域を含んでもよい。前記溶接領域は、一般に均一な酸化物粒子の分布を有する前記複数の第２セクションと相対的に、分散した酸化物粒子が欠乏している。上記配置は、トリチウム燃料を増殖するためのシステムの構成要素でもよい。前記システムは、液体増殖材を前記増殖ブランケットに戻す前に、前記増殖ブランケットから熱交換器、精製システム、およびトリチウム抽出システムに液体増殖材を導くための鋼製配管を有する。前記配管に使用される材料は、アルミナ形成フェライトマルテンサイト鋼であることが好ましい。
【0037】
前記液体増殖材は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）およびフッ化ベリリウム（ＢｅＦ2）の溶融混合物でもよい。或いは、Ｐｂ－Ｌｉ共晶合金または他のＰｂ－Ｌｉ合金またはリチウム－スズ合金でもよい。
【0038】
プラズマ核融合炉用の増殖ブランケットを構築する方法も提供される。前記方法は、ピルジリング（ｐｉｌｇｅｒｉｎｇ）により、アルミナ形成フェライト系マルテンサイト鋼から前記複数の鋼製導管の複数の第１セクションを形成すること；押出により、酸化物の分散粒子を有する酸化物分散強化型（ＯＤＳ）アルミナ形成フェライト鋼から、前記複数の鋼製導管の複数の第２セクションを形成すること；および前記複数の第２セクションを前記複数の第１セクションに溶接することを含む。
【0039】
前記複数の第１セクションと前記複数の第２セクションは、摩擦鋼溶接で互いに溶接されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【発明を実施するための形態】
【0053】
図２は、例示のみを目的として、トロイダルトカマク核融合炉２００の断面図を示す。トカマク核融合炉の断面では、真空室と呼ばれる中空の中央部分２１０と、トカマクの内面を覆う複数のタイル２２０が示されている。これらのタイルのそれぞれが増殖ブランケットである。それ故に、トカマクの内面は複数の繁殖ブランケットで覆われる。
【0054】
中性子線およびガンマ線遮蔽材２３０が増殖ブランケットの反対側に設けられ、構造全体がスチール製の二重壁真空容器２４０内に収容される。遮蔽材２３０は真空容器２４０を保護する。二重壁真空容器２４０は、複数の増殖ブランケットを備えたプラズマ真空室２１０とプラントの残りの部分との間の境界を形成する。ダイバータ２５０は、核融合反応によって生成される熱と灰（ヘリウム灰）を抽出し、プラズマ汚染を最小化し、プラズマ制御を支援する。
【0055】
核融合増殖ブランケットの新設計の様々な実施形態および態様を以下に示す。
【0056】
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）形成フェライト（Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ）系合金（ＦｅＣｒＡｌ）は、空気中では１０００℃以上の温度で優れた酸化特性を持ち、６００℃までの温度では液体ＬｉおよびＬｉＰｂにおいて興味深い腐食特性も示す。また、フェライト鋼は、オーステナイト鋼およびニッケル系材料と比較して、放射線誘起膨潤耐性とヘリウム脆化にも優れている。
【0057】
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）形成フェライト（Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ）系合金（ＦｅＣｒＡｌ）の興味深い腐食特性を利用した増殖ブランケットの新設計を提案する。
【0058】
図３ａは、Ｙ－Ｚ平面における核融合増殖ブランケット３００の図（核融合増殖ブランケット３００の側面図）である。増殖ブランケット３００は、使用時、核融合炉の核融合プラズマ３２０に近接する増殖ブランケット３００の側に前壁３１０を有する。核融合増殖ブランケット３００は、前壁３１０の核融合プラズマに近接する側とは反対の側に位置する複数の鋼製導管を含む。鋼製導管３３０は、複数の第１セクション３４０と複数の第２セクション３５０とを含む。第２セクション３５０は、核融合プラズマ３２０および前壁３１０に近接している。第１セクション３４０は、核融合プラズマ３２０および前壁３１０から離隔している。少なくとも第１セクションは鋼製支持構造体３６０によって支持される。また、第２セクションは、同じ鋼製支持構造体または特別の鋼製支持構造体によって支持されてもよく、或いは第１セクションによって支持されてもよい。
【0059】
核融合増殖ブランケット３００の外部には、核融合増殖ブランケット３００の少なくとも２つの鋼製導管３３０の第１セクション３４０に接続されるか、または一体的に形成される複数の鋼製パイプ／チューブ３７０が設けられる。
【0060】
核融合増殖ブランケット３００の前壁３１０は、核融合炉の核融合プラズマ３２０を核融合増殖ブランケット３００の鋼製導管から隔てる壁である。前壁３１０は、中性子透過性の材料から形成され、中性子束が核融合プラズマ３２０から鋼製導管３３０を含む核融合増殖ブランケット３００を通過し易くする。前壁３１０を形成するのに使用される材料は、酸化物分散強化型（ＯＤＳ）鋼であることが好ましい。
【0061】
前壁３１０のプラズマに面する側は、タングステン、モリブデン（またはそれらの混合物）、または環境に直面する融合に適した高いプラズマスパッタリング閾値（例えば、これらの元素の閾値と同様）を有する材料で形成された構成要素を有する。
【0062】
ＯＤＳ鋼は、内部に小さな酸化物粒子が分散した金属マトリックスで構成される鋼である。ＯＤＳ鋼の例には、超合金ＭＡ９５６限定されず、並びにＭＡ９５７、１４ＹＷＴ、１２ＹＷＴ、ＥＵＲＯＦＥＲ－ＯＤＳ、Ｆ８２Ｈ－ＯＤＳ、およびＰＭ２０００が含まれる。
【0063】
利点として、前壁３１０にＯＤＳ鋼を使用することにより、非ＯＤＳ鋼で作られた場合よりも、材料の優れた放射線耐性により、その寿命にわたって中性子照射による損傷を受けることが少なくなる。更に、ＯＤＳ鋼を使用することにより、前壁３１０は、非ＯＤＳ鋼で作られた場合に比べて、その寿命にわたって水素およびヘリウムの脆化が少なくなるという利点がある。
【0064】
前壁３１０の核融合プラズマに最も近い側から核融合増殖ブランケット３００の最も遠い反対側までの核融合増殖ブランケット３００の長さ（ａ）は、５０ｃｍ～２５０ｃｍである。好ましくは、核融合増殖ブランケット３００の長さ（ａ）は、７５ｃｍ～１２５ｃｍである。
【0065】
第１セクション３４０および第２セクション３５０を備える鋼製導管３３０は、少なくとも２つの異なる材料から作られる。複数の鋼製導管各々の第１セクション３４０および第２セクション３５０は互いに接続されて、少なくとも２つの異なる材料を含む一体の鋼製導管を形成する。それらは、溶接技術を使用して互いに接続されることが好ましい。複数の鋼製導管３３０は、摩擦攪拌接合（ｆｉｃｔｉｏｎ－ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ）などの溶接技術を使用して互いに接続される。
【0066】
一度互いに接続されると、鋼製導管３３０は、液体増殖材が流れることができる、接続された複数の鋼製導管の蛇行やコイルまたは迷路（一般に「アレイ」）を形成する。図３Ａに示すように、複数の鋼製導管３３０の配列は、液体増殖材が増殖ブランケットの底部から増殖ブランケットの上部まで流れることを可能にする蛇行状の構造を形成していてもよい。
【0067】
一例として、使用される液体増殖材は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）とフッ化ベリリウム（ＢｅＦ2）の溶融混合物でもよい。代替例として、使用される液体増殖材は、溶融リチウム、液体鉛リチウム（Ｐｂ－Ｌｉ）共晶、またはＰｂ－Ｌｉパーセンテージの任意の組合せでもよい。共晶合金の組合せは、単相および最低溶融温度を有するため好ましいが、他の比率を使用することもできる。他の溶融リチウム塩混合物または他の溶融リチウム合金も可能である。
【0068】
鋼製導管３３０の各々の第１セクション３４０は、例えば鉄クロムアルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金などのアルミナ形成フェライト鋼から形成される。鋼製導管３３０の各々の第１セクションの組成ＦｅＣｒＡｌ合金は、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）に加えて、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、炭素（Ｃ）、および窒素（Ｎ）などの他の元素を含んでもよい。鋼製導管３３０の各々の第１セクションのＦｅＣｒＡｌ合金の組成は、例えばモリブデン（Ｍｏ）およびニオブ（Ｎｂ）などのすでに列挙したものに加えて、他の元素を更に含んでもよい。
【0069】
鋼製導管３３０の第１セクション３４０のＦｅＣｒＡｌ合金は、重量（ｗｔ）％で：８．０～１４．０のＣｒ、３．０～６．０のＡｌ、０．５～２．０のＭｏ、０．５～１．１のＮｂ、０．１～０．２のＴｉ、および各々が０．０２未満のＣおよびＮを含んでもよい。ｗｔ％の残りの残部はＦｅを含む。
【0070】
利点として、鋼製導管３３０の第１セクション３４０の組成中のＣｒを８～１４のｗｔ％に制限することによって、中間温度（２５０～５５０℃）での中性子照射下で脆化するＣｒリッチなリッチα’相およびσ相析出物の形成が軽減される。
【0071】
好ましくは、鋼製導管の第１セクションのＦｅＣｒＡｌ合金は、ｗｔ％で：８．５～９．５のＣｒ、５．０～６．０のＡｌ、１．１～１．５のＭｏ、０．９～１．１のＮｂ、０．１２５～０．１７５のＴｉを含む。加えて、鋼製導管の第１セクションのＦｅＣｒＡｌ合金は、ｗｔ％で：各々が０．０２未満のＣおよびＮを含み、ｗｔ％の残りの残部はＦｅを含む。
【0072】
利点として、鋼製導管の第１セクション３４０を上述の組成物から作製することによって、製造中にＡｌが酸素（Ｏ）と反応する際にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の形成を可能にするのに十分な量のＡｌがＦｅＣｒＡｌ合金中に提供される。ＦｅＣｒＡｌにおけるＡｌ2Ｏ3の形成により、その耐熱性が向上する。このことは、増殖ブランケット３００の鋼製導管３３０を流れる、例えばＬｉＦおよびＢｅＦ2、またはＬｉ、またはＰｂ－Ｌｉ共晶合金である液体増殖材が高温であることを考慮すると重要である。これにより、利点として鋼製導管の第１セクションの寿命が長くなる。
【0073】
利点として、鋼製導管の第１セクション３４０をＦｅＣｒＡｌ合金の上記組成物から作製することによって、より堅牢な鋼が増殖ブランケットに具備される。Ａｌ2Ｏ3コーティングは、低透過速度、低拡散速度、および低溶解度など、優れた水素／重水素／三重水素バリア特性を備えている。この特徴は、増殖ブランケットシステム内でのトリチウム管理において優れたパフォーマンスを提供する。
【0074】
利点として、鋼製導管の第１セクション３４０をＦｅＣｒＡｌ合金の上記組成物から作製することによって、より堅牢な鋼が増殖ブランケットに具備される。ＦｅＣｒＡｌ合金中へのＭｏの添加は、液体増殖材に起因する腐食に対する耐性を改善する。Ｎｂの添加は、ＦｅＣｒＡｌ合金における窒化ニオブおよび炭化ニオブの形成に繋がって、合金の高温クリープ耐性を改善する。Ｔｉの添加は、ＦｅＣｒＡｌ合金における窒化チタンおよび炭化チタンの形成に繋がって、合金の放射線耐性および高温クリープ耐性を改善する。これらの添加のすべてが、利点として、鋼製導管３３０の第１セクション３４０の寿命を延ばすのである。
【0075】
或いは、複数の鋼製導管３３０の複数の第１セクション３４０のＦｅＣｒＡｌ合金は、ｗｔ％で：８．０～２５．０のＣｒ、２．０～６．０のＡｌ、０．１～３．０のＭｏ、０．１～２．０のＮｂ、＜０．０１～１．０のＴｉ、＜０．００１～０．２のＣ、および０．０２未満のＮを含んでもよい。ｗｔ％の残りの残部はＦｅを含む。
【0076】
鋼製導管３３０の第１セクション３４０の各々は、２５．０～１７０．０ｃｍの範囲の長さ（ｃ）を持つ。
【0077】
鋼製導管３３０の各々の第２セクション３５０は、例えば酸化物分散強化型（ＯＤＳ）ＦｅＣｒＡｌ鋼のような、酸化物の強化されたＦｅＣｒＡｌから形成される。鋼製導管３３０の各々の第２セクション３５０の酸化物強化型ＦｅＣｒＡｌ合金の組成は、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＡｌに加えて、タングステン（Ｗ）、Ｔｉ、Ｃ、およびＮなどの他の元素を含んでもよい。複数の鋼製導管３３０の各々の複数の第２セクション３５０の酸化物強化型ＦｅＣｒＡｌ合金の組成は、例えばＭｏ、Ｎｂ、および酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）など既に列挙したものに加えて他の元素を更に含んでもよい。
【0078】
鋼製導管３３０の第２セクション３５０のＦｅＣｒＡｌ合金は、ｗｔ％で：８．０～１４．０のＣｒ、３．０～６．０のＡｌ、０．５～２．０のＭｏ、０．５～１．１のＮｂ、０．１～０．２のＴｉ、０．１～０．５のＹ2Ｏ3、および各々が０．０２未満のＣおよびＮを含んでもよい。ｗｔ％の残りの残部はＦｅを含む。これらは、凝固前の鋼の成分の好ましいパーセンテージである。鋼は、例えばマルテンサイト鋼となるような、組成に（例えば炭素および酸化物の量において）若干の変化をもたらす無拡散変態プロセスを行うことが好ましい。
【0079】
好ましくは、鋼製導管３３０の第２セクション３５０のＦｅＣｒＡｌ合金は、重量％で、８．５～９．５のＣｒと、５．０～６．０のＡｌと、１．１～１．５のＭｏと、０．９～１．１のＮｂと、０．１２５～０．１７５のＴｉと、０．２５～０．３のＹ2Ｏ3とを含む。また、鋼製導管の第２セクションのＦｅＣｒＡｌ合金は、重量％で、各々が０．０２％未満のＣおよびＮとを含み、重量％の残りの残部はＦｅを更に含む。これらは、凝固前のスチールの成分の好ましい割合である。スチールは、例えばマルテンサイト鋼となるような、組成に（例えば炭素および酸化物の量において）若干の変化をもたらす無拡散変態プロセスを行うことが好ましい。
【0080】
鋼製導管３３０の第２セクション３５０内のＹ2Ｏ3の分散粒子は、好ましくはＹ2Ｏ3ナノ粒子である。これらは主に平均直径が１００ｎｍ未満であり、平均直径が５０ｎｍ未満であることが好ましく、平均直径が約５ｎｍであることがより好ましい。これらのイットリウム含有ナノ粒子は、最終形態が異なる化学量論量または組成を有してもよいことが理解されよう。
【0081】
鋼製導管の第２セクション３５０が上記のＦｅＣｒＡｌ合金の組成を有することで、第２セクションは鋼製導管の第１セクション３４０と同様のメリットを有する。
【0082】
利点として、鋼製導管３３０の第２セクション３５０の組成にＹ2Ｏ3を含めることにより、第２セクション３５０は、第１セクション３４０に比べ、放射線耐性やヘリウム脆化耐性がより優れ、降伏応力などの機械的強度や高温強度が向上する。
【0083】
鋼製導管３３０の第２セクション３５０のＦｅＣｒＡｌ合金は、重量％で０．２～０．５のジルコニウム（Ｚｒ）を更に含んでもよい。これは、凝固前のスチールの成分の好ましいパーセンテージである。鋼は、例えばマルテンサイト鋼となるような、組成（炭素や酸化物が変化する程度）を若干変化させる無拡散変態を行うことが好ましい。
【0084】
利点として、鋼製導管３３０の第２セクション３５０の組成にＺｒを含めることにより、第２セクション３５０は、第１セクション３４０に比べ、放射線耐性がより優れ、高温強度が向上する。Ｚｒを添加することにより、酸化物粒子の個数密度が増加し、平均粒子径が小さくなるため、イットリウム系粒子が精製される。
【0085】
鋼製導管３３０の各第２セクション３５０は、長さ（ｂ）が、１６．０～１２５．０ｃｍの範囲である。
【0086】
各々の鋼製導管３５０の第１セクション３４０（ｃ）の長さと第２セクション３５０（ｂ）の長さとの比が１より大きくなるよう、鋼製導管３３０の第１セクション３４０（ｃ）の長さは、鋼製導管３５０各々の第２セクション３５０（ｂ）の長さより大きくなければならない。
【0087】
形成されると、各鋼製導管３３０が有する上述の第１セクション３４０と第２セクション３５０とが、摩擦撹拌接合技術を使用して溶接領域で接合される。
【0088】
摩擦撹拌接合技術を使用して互いに接続された鋼製導管３３０の溶接領域では、酸化物の分散粒子（例えば、Ｙ2Ｏ3の分散粒子）が欠乏している。鋼製導管３３０の第２セクション３５０内における酸化物の分散粒子は、溶接領域外において均一に分布したままである。これにより、鋼製導管３３０の第２セクション３５０は、溶接領域外において、酸化物分散による耐放射線性や高温強度などの効果を保つことができる。
【0089】
少なくとも２つの鋼製パイプ／チューブ３７０は、核融合増殖ブランケット３００における複数の鋼製導管３３０の少なくとも２つ（最初と最後）の第１セクション３４０と接続されるか、またはそれと一体的に形成される。鋼製パイプ／チューブ３７０は、鋼製導管３３０の第１セクション３４０と同一のＦｅＣｒＡｌ合金で形成されることが好ましい。
【0090】
好ましくは、一方側において、一方の鋼製パイプ／チューブ３７０は、核融合増殖ブランケットの上部において、１つの鋼製導管３３０の第１セクション３４０と接続されるか、または一体的に形成される。好ましくは、他方側（例えば、左上から右下、またはその逆）において、他方の鋼製パイプ／チューブ３７０が、核融合増殖ブランケットの底部側において、１つの鋼製導管３３０の第１セクション３４０に接続されるか、または一体的に形成される。また、マニホールドを有する複数のインレットパイプおよび／またはマニホールドを有する複数のアウトレットパイプを備えるような配置であってもよい。
【0091】
鋼製パイプ／チューブ３７０を少なくも２つの鋼製導管３３０の第１セクション３４０と接続する、または一体的に形成することで、液体増殖材は、少なくとも２つの鋼製パイプ／チューブ３７０のうちの一方を介して増殖ブランケット３００に供給され、他方を介して増殖ブランケット３００から抽出される。
【0092】
増殖ブランケット３００には、鋼製導管３３０を支持する支持構造３６０が設けられる。支持構造３６０は増殖ブランケットの長さ（ａ）の分だけ延伸する複数の支柱、ステー、横材や、或いは棚吊、メッシュ等を備えていてもよい。或いは、支持構造３６０は、増殖ブランケットの、前壁３１０と対向する一方側から、好ましくは、鋼製導管３３０の第１セクション３４０と第２セクション３５０とが接続された溶接領域を含んで、前壁３１０まで延伸する複数の素子を備えてもよい。後者の配置により、前壁とプラズマとに近い領域（ｂ）に対して高耐放射線性を求める必要がない。このような場合、支持構造は、第１セクション３４０と同一の鋼で作製できる（或いは、リチウム増殖材に直接さらされないため、よりグレードの低い鋼で作製することもできる）。複数のセクション３５０は、対応の第１セクション３４０への溶接によって支持されることができ、或いは、高中性子抵抗性用の代替支持体によって支持されることができる。
【0093】
【0094】
Ｘ－Ｙ平面では、図３ａの増殖ブランケットは、Ｘ－Ｙ平面内に延伸し、上述の第１セクション３４０および第２セクション３５０を備える鋼製導管３３０を複数有するように示されている。第２セクション３５０は、核融合プラズマ３２０と前壁３１０とに近接している。第１セクション３４０は、核融合プラズマ３２０と前壁３１０とから離れている。
【0095】
図３ａおよび３ｂから明らかなように、増殖ブランケット３００は、上述の第１セクション３４０と第２セクション３５０とを備える複数の鋼製導管３３０の三次元（３Ｄ）アレイを備えている。３Ｄアレイは、Ｙ－Ｚ平面（図３ａ）とＸ－Ｙ平面（図３ｂ）の両方において延伸している。
【0096】
Ｙ－Ｚ平面（図３ａ）における複数の鋼製導管３３０のうちの少なくとも１つの第１セクション３４０は、Ｘ－Ｙ平面（図３ｂ）における複数の鋼製導管３３０のうちの少なくとも別の１つの第１セクション３４０に接続されている。これにより、液体増殖材料が図に示す左右方向に沿って、即ちＸ－Ｙ平面内に、増殖ブランケットじゅうに流れる。
【0097】
図３ｃは、図３ａおよび３ｂの核融合増殖ブランケットモジュール３００の一部をＸ－Ｚ平面で示す図（核融合増殖ブランケットモジュール３００を前壁３１０の側から見ている）である。図３ｃは、鋼製導管３３０の３ＤアレイのＸ－Ｚ平面図である。
【0098】
図３ａ～３ｃの実施形態において、鋼製導管３３０は、増殖ブランケット４００が原子炉内に設置される際、核融合プラズマからの中性子束の方向と平行に延びるように配置されるチューブまたはパイプであってもよい。
【0099】
図３ａ～３ｃの実施形態は、ＯＤＳ鋼セクションと非ＯＤＳ鋼セクションとにおいて数がほぼ等しい曲げ部を有するというメリットがある。ＯＤＳ鋼は、図に示すように、直角Ｕ型曲げを押出して成形できるが、非ＯＤＳ鋼は、より簡単に曲げ部を成形できる。従って、図３の配置は、（ｂ）と（ｃ）が同等の長さであるか、（ｂ）が（ｃ）より長い場合に有利である。
【0100】
図４ａは、核融合増殖ブランケット４００の代替実施形態をＹ－Ｚ平面で示す図（核融合増殖ブランケットモジュール４００の側面図）である。増殖ブランケット４００は、核融合炉が設置された場合に核融合プラズマ４２０に近接する前壁４１０を含む。図３ａ～３ｃの核融合増殖ブランケット３００と同様に、核融合増殖ブランケット４００も、鋼製支持構造４６０によって支持された第１セクション４４０と第２セクション４５０とを備える鋼製導管４３０を複数含む。第２セクション４５０は、核融合プラズマと前壁４１０とに近接しており、Ｙ方向において核融合増殖ブランケット４００の長さ（ｂ）の分だけを延伸している。長さ（ｂ）は、核融合増殖ブランケット４００の核融合プラズマと前壁４１０とに近接する領域から、核融合プラズマ４２０と前壁４１０とから離れた領域まで延伸する。鋼製導管４２０の第１セクション４４０は、核融合プラズマと前壁４１０とから離れており、Ｙ方向において、第１セクションから核融合プラズマと前壁４１０に向うよう、核融合増殖ブランケット４００の長さ（ｃ）の分だけを延伸している。核融合増殖ブランケット４００の外部に、核融合増殖ブランケット４００における少なくとも２つの鋼製導管４３０の第１セクション４４０と接続されたか、または一体的に形成された鋼製パイプ／チューブ４７０が設けられている。
【0101】
上記の前壁３１０と同様に、前壁４１０は、核融合炉の核融合プラズマを核融合増殖ブランケット４００における複数の鋼製導管４３０から隔てており、中性子透過性の材料から形成されている。前壁４１０を形成するための材料は、タングステン、モリブデン、または環境に直面する核融合に適した類似の材料のいずれかで形成されたプラズマ対向成分を有する酸化物分散強化型（ＯＤＳ）鋼であることが好ましい。第１の壁４１０は、第１実施形態における第１の壁（即ち、核融合増殖ブランケット３００の第１の壁３１０）と同様のメリットを有する。核融合増殖ブランケット４００は、前壁４１０の核融合プラズマに最も近い側から、核融合増殖ブランケット４００の最も遠い反対側までの長さ（ａ）が５０ｃｍ～２５０ｃｍである。好ましくは、核融合増殖ブランケット４００の長さ（ａ）は７５～１２５ｃｍである。
【0102】
核融合増殖ブランケット４００の複数の鋼製導管４３０は、核融合プラズマに近接している。各鋼製導管４３０は、第１セクション４４０と、第２セクション４５０とを備えており、第１セクション４４０と第２セクション４５０は、少なくとも２つの異なる材料から作られ、互いに接続されて一体型鋼製導管を形成する。各鋼製導管４３０各々における第１セクション４４０と第２セクション４５０とは溶接により接続され、好ましくは、摩擦攪拌接合によって接続される。
【0103】
上記の鋼製導管３３０と同様に、複数の鋼製導管４３０は、接続されて鋼製導管のアレイを形成し、液体増殖材が流れることができる。図４ａに示すように、アレイは、液体増殖材が増殖ブランケットにおいて左から右へ（または右から左へ）流れるように、蛇行状、コイル状、またはその他の迷路状の構造を形成してもよい。
【0104】
複数の鋼製導管４３０各々における第１セクション４４０は、ＦｅＣｒＡｌ合金で形成される。鋼製導管４３０各々における第１セクションのＦｅＣｒＡｌ合金の組成は、第１実施形態と同一の組成（即ち、複数の鋼製導管３３０各々における第１セクション３４０と同一の組成）を含んでもよい。
【0105】
複数の鋼製導管４３０各々における第１セクション４４０も、第１実施形態における複数の鋼製導管（即ち、複数の鋼製導管３３０各々における第１セクション３４０）と同様のメリットを有する。
【0106】
鋼製導管４３０の第１セクション４４０は、核融合増殖ブランケットに渡って延伸する長さ（ｃ）が、２５．０～１７０．０ｃｍである。
【0107】
複数の鋼製導管４３０各々における第２セクション４５０は、ＦｅＣｒＡｌ－ＯＤＳ鋼などの酸化物強化型ＦｅＣｒＡｌから形成される。複数の鋼製導管４３０各々における第２セクション４５０の酸化物強化型ＦｅＣｒＡｌ合金の組成は、第１実施形態と同一の組成（即ち、複数の鋼製導管３３０各々における第２セクション３５０と同一の組成）を含んでもよい。
【0108】
複数の鋼製導管４３０各々における第２セクション４５０も、第１実施形態における複数の鋼製導管（即ち、複数の鋼製導管３３０各々における第２セクション３５０）と同様のメリットを有する。
【0109】
鋼製導管４３０における第２セクション４５０は、核融合増殖ブランケットに渡って延伸する長さ（ｂ）が１６．０～１２５．０ｃｍである。
【0110】
鋼製導管４３０における第１セクション４４０（ｃ）が延伸する長さと鋼製導管４５０における第２セクション４５０（ｂ）が延伸する長さとの比が１より大きくなるよう、長さ（ｃ）が長さ（ｂ）より大きいでなければならない。
【0111】
形成されると、鋼製導管４３０の第１セクション４４０と鋼製導管の第２セクション４５０は、溶接領域４８０にて互いに接合される（図４ｂを参照）。特に、鋼製導管３３０各々における第１セクション４４０と第２セクション４５０は、摩擦撹拌接合技術を使用して接合される。
【0112】
摩擦鋼接合を使用して鋼製導管４３０の第１セクション４４０と第２セクション４５とを接合することにより、鋼製導管４３０の第１セクション４４０と第２セクション４５０とが接合された溶接領域４８０において、酸化物の分散粒子（例えば、Ｙ2Ｏ3の分散粒子）が欠乏する。
【0113】
鋼製導管４３０の第２セクション４５０内における酸化物の分散粒子（例えば、Ｙ2Ｏ3の分散粒子）は、溶接領域の外側において均一に分布したままである。これにより、鋼製導管４３０の第２セクション４５０は、溶接領域外において、耐放射線性や高温強度などの酸化物分散による効果を保つことができる。
【0114】
上記と同様に、少なくとも２つの鋼製パイプ／チューブ４７０は、核融合増殖ブランケット４００における少なくとも２つの鋼製導管４３０の第１セクション４４０に接続されるか、または一体的に形成される。鋼製パイプ／チューブ４７０は、鋼製導管４３０の第１セクション４４０と同一のＦｅＣｒＡｌ合金で形成されることが好ましい。
【0115】
図３の支持構造３６０と同様に、増殖ブランケット４００には、鋼製導管４３０を支持する支持構造４６０が設けられる。
【0116】
【0117】
Ｘ－Ｙ平面では、図４ａの増殖ブランケットも、Ｘ－Ｙ平面内に延伸し、上述の第１セクション４４０と第２セクション３５０とを備える鋼製導管４３０を複数有するよう示されている。第２セクション４５０は、核融合プラズマと前壁４１０とに近接している。第１セクション４４０は、核融合プラズマ４２０と前壁４１０とから離れている。核融合増殖ブランケット４００の外側に、核融合増殖ブランケット４００における少なくとも２つの鋼製導管４３０の第１セクション４４０に接続されたか、または一体的に形成された鋼製パイプ／チューブ４７０が設けられている。
【0118】
図４ａおよび４ｂから明らかなように、増殖ブランケット４００は、上述したように第１セクション４４０と第２セクション４５０とを各々備える複数の鋼製導管４３０の三次元（３Ｄ）アレイを備える。３Ｄアレイは、Ｙ－Ｚ平面（図４ａ）とＸ－Ｙ平面（図４ｃ）の両方において広がっている。
【0119】
図４ｃは、図４ａおよび４ｂの核融合増殖ブランケットモジュール４００をＸ－Ｚ平面で示す図（核融合増殖ブランケットモジュール４００を前壁４１０から見た図）である。図４ｃは、鋼製導管４３０の３ＤアレイのＸ－Ｚの平面を示している。
【0120】
図４ａ～４ｃの実施形態において、鋼製導管４３０は、増殖ブランケット４００が原子炉内に設置される際、核融合プラズマから中性子束が流れる方向に対して垂直に延びるように配置されるチューブまたはパイプであってもよい。
【0121】
図４ａ～４ｃの実施形態は、図３ａ～３ｃの実施形態と同一のメリットを有する。また、鋼製導管の方向および配置の観点から、図４ａ～４ｃの実施形態は、図３ａ～３ｃの実施形態より少ない溶接部を有するメリットがある。したがって、より容易に製造できる。図４の配置では、相対的な寸法によるが、第２（ＯＤＳ）セクションにおいて必要な曲げ部の数が少ない。図示の例において、長さ（ｃ）が長さ（ｂ）を超える場合、図４の配置を用いることが好ましい。
【0122】
一例として、運転中、液体増殖材は核融合増殖ブランケット３００、４００の鋼製導管３２０、４２０を流れる。液体増殖材は、核融合増殖ブランケットの底部に位置する鋼製導管３３０、４３０の第１セクション３４０、４４０と接続されたか、または一体的に形成された鋼製パイプ／チューブ３７０、４７０を介して増殖ブランケット３００、４００に供給されることが好ましい。
【0123】
一例として、図３ａ～３ｃの実施形態において、液体増殖材は、鋼製導管３２０を通って核融合増殖ブランケット３００の上へ流れ、核融合増殖ブランケットの上部に到達する。核融合増殖ブランケットの上部に到達すると、液体増殖材は、左右方向、即ちＹ方向に、核融合増殖ブランケット３００の上部に位置する別の鋼製導管３２０の第１セクション３３０に流れる。続いて、液体増殖材は、鋼製導管３２０を通って増殖ブランケットを下って核融合増殖ブランケットの底部まで流れる。この過程は、液体増殖材が核融合増殖ブランケット３００における最後の鋼製導管３３０に到達するまで繰り返される。核融合増殖ブランケット３００における最後の鋼製導管３３０は、核融合増殖ブランケットの上部に位置する別の鋼製パイプ／チューブ３７０に接続されたか、または一体的に形成された別の鋼製導管３３０である。液体増殖材は、この別の鋼製パイプ／チューブ３７０を介して核融合増殖ブランケットから出る。
【0124】
一例として、図４ａ～図４ｃの実施形態において、液体増殖材は、鋼製導管４２０を通って核融合増殖ブランケット４００を横切り、核融合プラズマ４１０から離れた核融合増殖ブランケットの右側から、核融合プラズマ４１０に向って核融合増殖ブランケットの左側に流れる。核融合プラズマ４１０に近づくと、液体増殖材料は、前後方向、即ちＹ方向に沿って、核融合増殖ブランケット３００における別の鋼製導管４２０の第２セクション４３０に流れる。続いて、液体増殖材料は、核融合増殖ブランケットの、核融合プラズマ４１０に近い左側から、核融合増殖ブランケットの、核融合プラズマ４１０から離れる右側に流れる。この過程は、液体増殖材が核融合増殖ブランケット４００における最後の鋼製導管４３０に到達するまで繰り返される。核融合増殖ブランケット４００における最後の鋼製導管４３０は、核融合増殖ブランケットの上部に位置する別の鋼製パイプ／チューブ４７０に接続されたか、または一体的に形成された別の鋼製導管４３０である。液体増殖材は、この別の鋼製パイプ／チューブ４７０を介して核融合増殖ブランケットから出る。
【0125】
当業者であれば、液体増殖材が核融合増殖ブランケットを流れる所定の方向が、上述の操作例に限定されないと理解するであろう。例えば、液体増殖材は、核融合増殖ブランケットの上部に位置する鋼製パイプ／チューブ３７０、４７０に接続されたか、または一体的に形成された鋼製導管３３０、４３０を介して核融合増殖ブランケットに入り、核融合増殖ブランケットの底部に位置する鋼製パイプ／チューブ３７０、４７０を介して核融合増殖ブランケットから出てもよい。
【0126】
同様に、当業者であれば、液体増殖材は、核融合増殖ブランケットの、上から下へ、下から上へ、前から後へ、後から前へ、左から右へ、または右から左へのずれかの方向に交互に流れることができると理解するであろう。
【0127】
図５ａは、代替実施形態の核融合増殖ブランケット５００をＹ－Ｚ平面で示す図（核融合増殖ブランケット５００の側面図）である。増殖ブランケット５００は、前壁５１０を含む。核融合増殖ブランケット５００を核融合炉に組み込んだ場合、前壁は、核融合増殖ブランケット５００の核融合炉の核融合プラズマ５２０に近い側の壁である。核融合増殖ブランケット５００も、鋼製支持構造体５６０によって支持された第１セクション５４０と第２セクション５５０とを備える鋼製導管５３０を複数含む。第２セクション５５０は、核融合プラズマ５２０と前壁５１０とに近接している。第１セクション５４０は、核融合プラズマ５２０と前壁５１０とから離れている。核融合増殖ブランケット５００の外側に、核融合増殖ブランケット５００における少なくとも２つの鋼製導管５３０の第１セクション４４０と接続されたか、または一体的に形成された鋼製パイプ／チューブ５７０が設けられる。
【0128】
上記の前壁３１０および４１０と同様に、前壁５１０は、核融合炉の核融合プラズマを核融合増殖ブランケット５００における複数の鋼製導管５３０から隔てており、中性子透過性の材料から形成されている。前壁５１０の形成に使用される材料は、タングステン、モリブデン、それらの混合物、または環境に直面する核融合に適した高プラズマスパッタリング閾値を有する材料のいずれかで形成されたプラズマ対向成分を含む酸化物分散強化（ＯＤＳ）鋼であることが好ましい。第１の壁５１０は、第１および第２実施形態における第１の壁（即ち、核融合増殖ブランケット３００における第１の壁３１０、および核融合増殖ブランケット４００における第１の壁４１０）と同一のメリットを有する。
【0129】
核融合増殖ブランケット５００は、前壁５１０の核融合プラズマに最も近い側から、核融合増殖ブランケット５００の最も遠い反対側までの長さ（ａ）が５０ｃｍ～２５０ｃｍである。好ましくは、核融合増殖ブランケット４００の長さ（ａ）は２０～３０ｃｍである。
【0130】
核融合増殖ブランケット５００における複数の鋼製導管５３０は、核融合プラズマに近接している。鋼製導管５３０は、第１セクション５４０と、第２セクション５５０とを備えており、第１セクション５４０と第２セクション５５０は、少なくとも２つの異なる材料から作られ、互いに接続されて一体型鋼製導管を形成する。各鋼製導管５３０における第１セクション５４０と第２セクション５５０とは溶接により接続され、好ましくは、摩擦攪拌接合によって接続されている。
【0131】
複数の鋼製導管５３０各々は、摩擦鋼接合などの溶接技術を使用して互いに接続される。互いに接続されると、複数の鋼製導管５３０各々は、液体増殖材が流れることができるタブを形成する。例えば、複数の鋼製導管５３０各々は、中空の平行六面体であってもよい。
【0132】
複数の鋼製導管５３０各々における第１セクション５４０は、ＦｅＣｒＡｌ合金で形成される。複数の鋼製導管５３０各々における第１セクションのＦｅＣｒＡｌ合金の組成は、第１および第２実施形態と同一の組成（即ち、複数の鋼製導管３３０各々における第１セクション３４０、および複数の鋼製導管４３０各々における第１セクション４４０と同一の組成）を含んでもよい。
【0133】
複数の鋼製導管５３０各々における第１セクション５４０も、第１および第２実施形態における複数の鋼製導管（即ち、複数の鋼製導管３３０各々における第１セクション３４０および複数の鋼製導管４３０各々における第１セクション４４０）と同一のメリットを有する。
【0134】
鋼製導管５３０における第１セクション５４０は、核融合増殖ブランケットに渡って延伸する長さ（ｃ）が６．０～３４．０ｃｍである。好ましくは、鋼製導管５３０における第１セクション５４０は、核融合増殖ブランケットに渡って延伸する長さ（ｃ）が１３．０～２０．０ｃｍである。
【0135】
複数の鋼製導管５３０各々における第２セクション５５０は、ＯＤＳ－ＦｅＣｒＡｌ鋼などの酸化物強化型ＦｅＣｒＡｌから形成される。複数の鋼製導管５３０各々における第２セクション５５０のＦｅＣｒＡｌ合金の組成は、第１および第２実施形態と同一の組成（即ち、複数の鋼製導管３３０における第２セクション３５０、および複数の鋼製導管４５０各々における第２セクション４５０と同一の組成）を含んでいてもよい。
【0136】
複数の鋼製導管５３０各々における第２セクション５５０も、第１および第２実施形態における複数の鋼製導管（即ち、複数の鋼製導管３３０各々における第２セクション３５０、および複数の鋼製導管４３０各々における第２セクション４５０）と同様のメリットを有する。
【0137】
鋼製導管５３０の第２セクション５５０は、核融合増殖ブランケットに渡って延伸する長さ（ｂ）が３．０～１７．０ｃｍである。好ましくは、鋼製導管５３０における第２セクション５５０は、核融合増殖ブランケットに渡って延伸する長さ（ｂ）が６．０～１０．０ｃｍである。
【0138】
鋼製導管５３０における第１セクション５４０（ｃ）が延伸する長さは、鋼製導管５５０の第２セクション５５０（ｂ）が延伸する長さとの比が１未満になるよう、各々の長さ（ｃ）が長さ（ｂ）より小さくなければならない。
【0139】
形成されると、鋼製導管５３０の第１セクション５４０と鋼製導管の第２セクション４５０は、溶接領域５８０において互いに接合される。特に、複数の鋼製導管５３０各々における第１セクション５４０と第２セクション５５０は、摩擦撹拌接合技術を使用して接合される。
【0140】
摩擦鋼接合を使用して鋼製導管５３０の第１セクション５４０と第２セクション５５０とを接合することにより、溶接領域５８０は、第１および第２実施形態の溶接領域（即ち、複数の鋼製導管３３０各々における溶接領域３８０、および複数鋼製導管４３０各々における溶接領域４８０）と同様のメリットを有する。
【0141】
上述と同様に、少なくとも２つの鋼製パイプ／チューブ５７０は、核融合増殖ブランケット５００における少なくとも２つの鋼製導管５３０の第１セクション５４０と接続されるか、または一体的に形成される。これらの鋼製パイプ／チューブ５７０は、鋼製導管５３０の第１セクション５４０と同一のＦｅＣｒＡｌ合金で形成されることが好ましい。
【0142】
或いは、少なくとも１つの別の鋼製パイプ／チューブ５７０は、核融合増殖ブランケット５００における各鋼製導管５３０の第２セクション５５０と接続されるか、または一体的に形成される（図５ａ～５ｃに示す）。
【0143】
利点として、少なくとも１つの鋼製パイプ／チューブ５７０が核融合増殖ブランケット５００における各鋼製導管５３０の第２セクション５５０と接続されるか、または一体的に形成されるように構成されることで、液体増殖材が増殖ブランケット５００の核融合プラズマ５２０に近い前部まで供給できる。
【0144】
【0145】
【0146】
Ｘ－Ｙ平面では、図５ａの増殖ブランケットも、Ｘ－Ｙ平面内に延伸し、上述の第１セクション５４０と第２セクション５５０とを備える鋼製導管５３０が複数有していることが示されている。第２セクション５５０は、核融合プラズマと前壁５１０とに近接している。第１セクション５４０は、核融合プラズマ５２０と前壁５１０とから離れている。また、核融合増殖ブランケット５００における鋼製導管５３０の第１セクション４４０および第２セクション５５０と接続、または一体的に形成された鋼製パイプ／チューブ５７０が設けられる。
【0147】
図５ａおよび５ｂから明らかなように、増殖ブランケット５００は、上述の第１セクション５４０と第２セクション５５０と各々が備える、三次元（３Ｄ）の鋼製導管５３０を備える。３Ｄアレイは、Ｙ－Ｚ平面（図４ａ）とＸ－Ｙ平面（図４ｃ）の両方において広がっている。
【0148】
図５ｃは、図５ａおよび５ｂの核融合増殖ブランケット５００をＸ－Ｚ平面で示す図（核融合増殖ブランケットモジュール５００を前壁５１０の面から見た図）である。図５ｃは、３Ｄ鋼製導管５３０のＸ－Ｚ平面図である。
【0149】
図５ａ～５ｃから明らかなように、鋼製導管５３０は直方体または平行六面体である。直方体または平行六面体は、液体増殖材が鋼製導管５３０を流れるように中空であってもよい。
【0150】
更に、核融合増殖ブランケット５００はその内側に、液体増殖材が増殖ブランケットの周囲を流れるように案内するバッフル５９０（図示せず）を有してもよい。バッフル５９０は、前壁５１０と同様の設計で、同一の材料から構成されてもよい。或いは、バッフル５９０は、鋼製導管５３０の第１セクション５４０と同一の材料を含んでもよい。或いは、バッフル５９０は、鋼製導管５３０の第２セクション５５０と同一の材料を含んでもよい。
【0151】
図５ａ～５ｃの実施形態は、図３ａ～３ｃの実施形態と同じ利点がある。加えて、図５ａ～５ｃの実施形態は、鋼製導管の向きと配置により、図３ａ～３ｃの実施形態よりも溶接部の数が少ないことに利点がある。これにより、製造が容易になる可能性がある。また、図５の配置では、第２（ＯＤＳ）セクションに屈曲部を設ける必要がないことも利点である。
【0152】
一例として、運転中、液体増殖材は核融合増殖ブランケット５００の鋼製導管５２０を通って流れる。好ましくは、液体増殖材は、核融合増殖材ブランケットの底部に位置する鋼製導管５３０の第１セクション５４０に接続されたか、またはそれと一体的に形成された鋼製パイプ／チューブ５７０を介して増殖材ブランケット５００に供給される。
【0153】
一例として、図５ａ～５ｃの実施形態では、液体増殖材は鋼製導管５２０を通って核融合増殖ブランケット５００の周囲を流れる。液体増殖材の流れは自由であってもよいし、増殖ブランケット５００の内側周囲に配置されたバッフル５９０、例えば体積全体に流路を形成する交互に重なり合うバッフルによって、蛇行または他の延長経路に向けられていてもよく、熱伝達の効率を高め、除熱に寄与しない流れの少ない静的領域を回避している。液体増殖材は、別の鋼製パイプ／チューブ５７０を通って核融合増殖ブランケットから出る。
【0154】
核融合炉で使用するトリチウム燃料を増殖させるためのシステムを図６に示す。システムは、図３ａ～３ｃの増殖ブランケットに係る核融合増殖ブランケット３００を備える。しかしながら、当業者であれば、図４ａ～４ｄおよび図５ａ～５ｃを参照して説明した核融合増殖ブランケット４００、５００を、図６に示す核融合炉で使用するトリチウム燃料を増殖させるためのシステムに同様に組み込むことができることを理解するであろう。システムの核融合増殖材ブランケット３００、４００、５００は、鋼製パイプ／チューブ３７０、４７０、５７０に接続されるか、それと一体的に形成されて、システムの周りに液体増殖材を流している。核融合増殖材ブランケット３００、４００、５００に加えて、システムは、熱交換器６１０、６２０、６３０と、精製システム６１０、６２０、６３０と、トリチウム抽出システム６１０、６２０、６３０とを更に含んでいてもよい。システムに、ポンプをシステムに組み込んで、液体増殖材をシステム内に送り込んでもよい（図示しないが、６１０、６２０、６３０のいずれか一つとすることができる）。
【0155】
一例として、運転中、液体増殖材はシステムの鋼製パイプ／チューブ３７０、４７０、５７０を通って増殖ブランケット３００、４００、５００の上部に流れ込む。液体増殖材は次に、前述のように増殖ブランケット３００、４００、５００の中を流れる。液体増殖材が最後の増殖材ブランケット３００、４００、５００を通って流れると、増殖材ブランケットの底部から流出し、熱交換器６１０、６２０、６３０を通って液体増殖材から熱エネルギーを取り出して発電し、精製システム６１０、６２０、６３０を通って濾過されて材料から不純物を除去され、トリチウム抽出システム６１０、６２０、６３０を通って液体増殖材ブランケットで生成されたトリチウムを抽出して核融合炉プラズマで使用する。液体増殖材は、その後、システムの周囲に送り戻され、再び増殖材ブランケット３００、４００、５００に送られてもよい。
【0156】
液体増殖材がシステム内を流れる具体的な方向が上述の例示的な運転に限定されないことは、当業者には理解されよう。例えば、液体増殖材は核増殖ブランケットの底部に入ってもよい。
【0157】
【0158】
ステップ７０５において、複数の鋼製導管３３０、４３０、５３０各々の第２セクション３５０、４５０、５５０を、粉末冶金およびパイプ押出成形で、例えばＦｅＣｒＡｌ合金のようなアルミナ形成フェライト鋼から製造する。例えば、ガスアトマイズしたＦｅＣｒＡｌ粉末を、Ｙ2Ｏ3とＦｅＯ粉末、Ｙ2Ｏ3とＺｒＯ2、またはＹ2Ｏ3とＴｉＯ2粉末などの酸化物粉末と共にボールミリングする。他の組成の酸化物粉末でも可能であることは理解されよう。製粉された粉末は、脱気、密封、押出成形され、酸化物分散強化型（ＯＤＳ）ＦｅＣｒＡｌ合金鋼管となる。
【0159】
ステップ７１０において、複数の鋼製導管３３０、４３０、５３０（即ちＯＤＳ－ＦｅＣｒＡｌ合金鋼製管）各々の第２セクション３５０、４５０、５５０を熱処理する。例えば、スチールを所定の時間（例えば、３０分～４時間のうちのいずれか）、焼入れ段階（６００～８００℃）まで加熱して、炭化物の生成、窒化物の生成、ナノ酸化物の発現など、様々な微細構造特徴を発現させる。熱処理後、曲げ加工を施し、成形する。
【0160】
ステップ７１５において、複数の鋼製導管３３０、４３０、５３０各々の第１セクション３４０、４４０、５４０を、溶融および押出などの標準的鉄鋼プロセスを用いて、例えばＦｅＣｒＡｌ合金などのアルミナ形成フェライト鋼から製造し、ＦｅＣｒＡｌ合金は、所望の断面のダイスに押し込まれて、ＦｅＣｒＡｌ合金鋼製管、即ち非ＯＤＳ－ＦｅＣｒＡｌ合金鋼製管を形成する。
【0161】
ステップ７２０において、複数の鋼製導管３３０、４３０、５３０（即ち非ＯＤＳ－ＦｅＣｒＡｌ合金鋼製管）各々の第１セクション３４０、４４０、５４０を熱処理する。例えば、スチールを所定の時間（例えば、３０分から４時間のうちのいずれか）、焼入れ段階（６００～８００℃）まで加熱して、炭化物の生成や窒化物の生成など、様々な微細構造の特徴を発現させる。熱処理後、曲げ加工を施し、成形する。
【0162】
ステップ７３０において、第１セクション３５０、４５０、５５０と第２セクション３５０、４５０、５５０を互いに摩擦攪拌接合して、複数の鋼製導管３３０、４３０、５３０各々を形成する。例えば、接合部を跨ぐ摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）ツールの下で第１セクション３５０、４５０、５５０の一端と第２セクション３５０、４５０、５５０の他端を互いに接触させてクランプしてもよい。これが溶接領域となる。ＦＳＷツールを回転させ、溶接領域に差し込むと、摩擦熱が発生し、溶接領域に塑性ゾーンが形成される。その後、ＦＳＷツールを溶接領域の周囲に通す（または、ＦＳＷツールが接合部の周囲を円周方向に通るように２つのセクションを回転させる）。ＦＷＳツールのプローブ上の特殊なプロファイルにより、可塑化された材料が強制的に混合され、溶接部が形成される。
【0163】
ステップ７４０において、鋼製導管３３０、４３０、５３０の第１セクション３５０、４５０、５５０と第２セクション３５０、４５０、５５０との間に形成された溶接領域を熱処理する。例えば、スチールを４００～６００℃の間で加熱して、溶接領域内に発生する残留応力を例えば３０分～４時間のうちのいずれかの所定時間緩和させる。
【0164】
ステップ７５０において、個々の構成部品を接続して図３～５の増殖ブランケットの構成を組み立てることにより、増殖ブランケットを構築する。例えば、鋼製導管３３０、４３０、５３０は、鋼製導管３３０、４３０、５３０の重量を支える３次元支持構造体を備えていてもよい。さらに、前壁３１０、４１０、５１０は、増殖ブランケットが核融合炉に設置された際に鋼製導管３３０、４３０、５３０の核融合プラズマに近接する側面に固定される。さらに、液体増殖材を増殖ブランケットに戻す前に液体増殖材を増殖ブランケットから熱交換器、精製システム、およびトリチウム抽出システムに導くために、増殖ブランケットを増殖ブランケットの外部の鋼製配管３７０、４７０、５７０に接続してもよい。
【0165】
ブリーダーブランケットを製造する際に、ステップ７０５から７５０を特定の順序で行う必要はないことが理解されよう。例えば、第１セクション３４０；４４０；５４０および第２セクション３５０、４５０、５５０を製造（各々ステップ７０５および７１５）した後、ステップ７１０および７２０で第１セクションおよび第２セクションを熱処理および曲げ加工する前に、ステップ７３０で説明したように、第１セクションおよび第２セクションを摩擦攪拌接合してもよい。
【0166】
ステップ７０５から７５０もまた、ここに開示されたものとは異なる順序で実行してもよいことも理解されよう。例えば、すべての溶接工程を１本の長い直管部に対して行い、その後、その長さに沿って部分的に熱処理を施し、曲げ成形することが可能である。あるいは、ステップ７０５から７５０は、増殖ブランケットを構築する過程で何度繰り返してもよい。例えば、鋼製導管の第１セクション３４０、４４０、５４０と第２セクション３５０、４５０、５５０を製造（各々ステップ７０５及び７１５）した後、第１セクション３４０、４４０、５４０と第２セクション３５０、４５０、５５０を摩擦攪拌接合で互いに溶接する前に、第１セクション３４０、４４０、５４０および第２セクション３５０、４５０、５５０のうち、２つの異なるセクション間の溶接領域を形成するのには使用されない部分を、熱処理、曲げ形成してもよい。第１セクション３４０、４４０、５４０と第２セクション３５０、４５０、５５０を互いに溶接した後、それらの部分を更に熱処理し、例えば溶接領域の両側で曲げることによって、曲げ形成する。これにより、溶接工具をあてがう接合部へのアクセスがより明確になる。
【0167】
請求の範囲は、上記に例示した厳密な構成および部品に限定されないことを理解されたい。添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、上述した増殖ブランケットの配置、動作、詳細、およびその製造方法において、様々な修正、変更、および変形を行うことができる。
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】