特表 2024-539720 冷却管理システム、それとダイバータアセンブリとを含むシステム、トカマク及びステラレータ

(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】2024-10-29

(54)【発明の名称】冷却管理システム、それとダイバータアセンブリとを含むシステム、トカマク及びステラレータ

(51)【国際特許分類】

   G21B 1/05 20060101AFI20241022BHJP

   H05H 1/10 20060101ALI20241022BHJP

   G21B 1/13 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

G21B1/05

H05H1/10

G21B1/13

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024526590

(86)(22)【出願日】2022-11-03

(85)【翻訳文提出日】2024-05-28

(86)【国際出願番号】 EP2022080647

(87)【国際公開番号】W WO2023078982

(87)【国際公開日】2023-05-11

(31)【優先権主張番号】2115933.0

(32)【優先日】2021-11-05

(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】512317995

【氏名又は名称】トカマク エナジー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】バンバー、 ロバート

(72)【発明者】

【氏名】バンティング、 パトリック

(72)【発明者】

【氏名】テイラー、 ジャック

【テーマコード（参考）】

2G084

【Ｆターム（参考）】

2G084AA21

2G084FF27

2G084FF31

(57)【要約】

磁気閉じ込めプラズマチャンバにおけるプラズマ対向アセンブリのための冷却管理システムである。この冷却管理システムは、プラズマ対向アセンブリのそれぞれの部分に冷却を与えるようにそれぞれが構成される複数の冷却材ユニット群であって、冷却材ソースラインに流体的に接続される複数の冷却材ユニット群と、冷却材ソースラインから各冷却材ユニット群までの冷却材の流量を当該冷却ユニット群の温度に応じて制御するべく動作可能なバルブ装置とを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気閉じ込めプラズマチャンバにおけるプラズマ対向アセンブリのための冷却管理システムであって、
複数の冷却材ユニット群と、
バルブ装置と
を含み、
前記複数の冷却材ユニット群はそれぞれが、前記プラズマ対向アセンブリの各部分に冷却を与えるように構成されて冷却材ソースラインに流体的に接続され、
前記バルブ装置は、前記冷却材ソースラインから各冷却材ユニット群への冷却材の流量を、前記各冷却材ユニット群における温度に応じて制御するように動作可能である、冷却管理システム。

【請求項2】

各冷却材ユニット群は、その一以上の冷却材ユニットに冷却材を供給するように構成される導管を含み、各冷却材ユニットは、前記プラズマ対向アセンブリの前記各部分の対応領域に冷却材を与えるように構成される冷却材チャネルを含む、請求項１に記載の冷却管理システム。

【請求項3】

前記バルブ装置は、各冷却材群の前記導管の中に配列されるバルブを含む、請求項２に記載の冷却管理システム。

【請求項4】

前記複数の群は、流体的に直列に接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項5】

前記複数の群は、流体的に並列に接続される、請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項6】

各バルブを、前記各バルブの流れ抵抗を変えるように第１の事前決定温度と第２の事前決定温度との間で単調にさらに閉及び開に作動させるべく構成される制御器をさらに含む、請求項３から５のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項7】

各バルブは受動的である、請求項３から５のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項8】

各バルブは、
第１の事前決定温度から第２の事前決定温度まで温度が上昇するにつれて、前記各バルブの流れ抵抗を単調減少させるように開くことと、
第２の事前決定温度から第１の事前決定温度まで温度が低下するにつれて、前記各バルブの流れ抵抗を単調増加させるように閉じることと
を行うように構成される、請求項７に記載の冷却管理システム。

【請求項9】

各バルブは、前記第２の事前決定温度に実質的に等しい融点を有する一以上の積層された膨張可能要素を含み、前記膨張可能要素が溶融すると、前記膨張可能要素に機械的に結合されたロッドの一端に取り付けられたキャップがバルブシートから離れるように付勢されて前記各バルブが開く、請求項８に記載の冷却管理システム。

【請求項10】

各バルブは、異なる熱膨張係数を有する少なくとも２つの材料を含む構造物を含み、前記構造物は、温度が低ければ低いほど前記各バルブを通る流れを大きな程度まで妨げるように配列される、請求項８に記載の冷却管理システム。

【請求項11】

前記第１の事前決定温度は３５０から４５０℃であり、前記第２の事前決定温度は５５０から６５０℃である、請求項６、又は８から１０のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項12】

各バルブは、対応する群の入口の近くに配置される、請求項３から１１のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項13】

前記プラズマ対向アセンブリはダイバータアセンブリである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項14】

各冷却材ユニットは、ダイバータの一タイルの一部分に、又はダイバータの複数タイルの一以上に、一体的に形成される、請求項２から１３のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項15】

各群は、１００から１０，０００個の冷却材ユニット、好ましくは１０００から５０００個の冷却材ユニットを含む、請求項１４に記載の冷却管理システム。

【請求項16】

各群は、前記ダイバータの複数タイルの一アレイを画定し、前記一アレイは、第１の横方向に沿って１０から１００個のダイバータタイルを、第２の横方向に沿って１０から１００個のダイバータタイルを含む、請求項１４又は１５に記載の冷却管理システム。

【請求項17】

前記冷却材ユニットアセンブリの群の異なるセットに並列に冷却材を与えるように動作可能な一以上の冷却材ソースラインをさらに含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の冷却管理システム。

【請求項18】

前記冷却材ユニットアセンブリの群の各セットは３から１００個の群を含む、請求項１７に記載の冷却管理システム。

【請求項19】

請求項１から１８のいずれか一項に記載の冷却管理システムを含むトカマク。

【請求項20】

前記トカマクは、球形トカマクであり、好ましくは２．５以下のアスペクト比を有する球形トカマクであり、前記アスペクト比は、前記トカマクのトロイダルプラズマ閉じ込め領域の主半径と副半径との比として定義される、請求項１８に記載のトカマク。

【請求項21】

請求項１から１８のいずれか一項に記載の冷却管理システムを含むステラレータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トカマクのための冷却管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

トカマクは、プラズマをプラズマ容器内に閉じ込めるために磁場を使用するデバイスである。トカマクは、磁場に包含されない「高温」プラズマのための放熱器又は排気チャネルとして作用するダイバータを有する。この理由から、ダイバータは非常に大きな熱流束を受ける。

【0003】

図１は、例示的なトカマクのポロイダル断面を示す。トカマク１００は、トロイダルプラズマチャンバ１０１を含む。ポロイダル磁場コイル（図示せず）は、プラズマを閉じ込めるポロイダル磁場を生成する。磁力線は、プラズマ（すなわち荷電粒子の「スープ」）が閉じ込められるトロイダル方向に対称な入れ子状表面を有効に形成する。これらの入れ子状表面は、図１において一定ポロイダル磁束線１１３として表される。これらの入れ子状表面の内側で、プラズマは、「プラズマコア」の内側に閉じ込められていると言われる。しかしながら、衝突及び他のそのようなプロセスを介して、プラズマは、プラズマコアから、プラズマチャンバ壁に向かってゆっくりと拡散する。プラズマチャンバ壁との相互作用を低減するべく、ポロイダル磁場ヌル１１２（「Ｘ」点）が、専用の成形コイルを使用して生成される。ヌル点１１２は、いくつかの磁束線（例えば磁束線１１４）をヌル点１１２の下にある２つの表面、すなわち外側（すなわち径方向外側）ダイバータ表面１２１及び内側（すなわち径方向内側）ダイバータ表面１２２、と交差する。ヌル点１１２（すなわちヌルを通過する磁束線）を画定する磁束線はまた、外側及び内側ダイバータ表面１２１、１２２とも交差する。これらの交差の箇所は、「ストライク点」と称される。ストライク点では、熱流束は最大である。一定数の理由により、ヌル点１１２の位置は移動する。ダイバータ表面１２１、１２２におけるストライク点も、それに対応して移動する。

【0004】

ＩＴＥＲのために提案されているもののような典型的なダイバータ冷却装置２００が図２Ａ及び図２Ｂに示される。図２Ａが冷却チャネル２０２に沿った縦断面を示す一方、図２Ｂは冷却チャネル２０２を横切る横断面（ＡＡ’）を示す。冷却システム２００は、開口をそれぞれが画定する複数のタングステン「モノブロック」を含む。ＣｕＣｒＺｒ配管２０４が、複数のタングステン「モノブロック」の各アパチャを貫通し、それによってチャネル２０２を画定する。動作時、チャネル２０２は、タングステン「モノブロック」を冷却するべく、冷却材入口２０８から冷却材出口２１０まで冷却材（例えば水）を輸送する。いくつかの例において、ＣｕＣｒＺｒ配管とタングステンモノブロック（図示せず）との間にバッファ層が存在する。

【0005】

従来のダイバータ冷却配置の問題は、最大熱流束の位置（すなわちストライク点）が変わり得ることにより、トカマク動作中の任意の所与時点における最大熱流束の位置が不明になることである。したがって、ダイバータを横切る熱プロファイルも不明となる。過熱を防ぐべく、ダイバータの各冷却チャネルには冷却材が、最大熱流束箇所において金属温度を合理的な温度まで冷却するのに必要な流量で与えられる。これが必要となるのは、冷却能力が流量の相対的に強い関数だからである。ポンピングパワーを有意に低減するとともにストライク位置に応じて変化する最適な冷却構成が望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平８－３３８８８７号公報

【特許文献2】特開２０００－０９８０７２号公報

【特許文献3】中国特許第１０７５０７６５１号明細書

【発明の概要】

【0007】

本発明の第１側面によれば、磁気閉じ込めプラズマチャンバにおけるプラズマ対向アセンブリのための冷却管理システムが与えられる。この冷却管理システムは、プラズマ対向アセンブリのそれぞれの部分に冷却を与えるようにそれぞれが構成される複数の冷却材ユニット群であって、冷却材ソースラインに流体的に接続される複数の冷却材ユニット群と、冷却材ソースラインから各冷却材ユニット群までの冷却材の流量を当該冷却ユニット群の温度に応じて制御するべく動作可能なバルブ装置とを含む。したがって、最適な冷却構成が可能となる。

【0008】

各冷却材ユニット群は、その一以上の冷却材ユニットに冷却材を供給するように構成される導管を含み、各冷却材ユニットが、プラズマ対向アセンブリの前記部分の、対応する領域に冷却材を与えるように構成される冷却材チャネルを含む。

【0009】

バルブ装置は、各冷却材群の導管内に配列されるバルブを含み得る。

【0010】

冷却管理システムにおける複数の群は、流体的に直列に接続されても、並列に接続されてもよい。

【0011】

冷却管理システムにおけるバルブは、受動的であっても能動的であってもよい。

【0012】

能動的に制御されるバルブは、制御器を使用して制御することができる。制御器は、温度に応じて各バルブをさらに閉又は開に作動させるように構成される。すなわち、制御器は、第２の事前決定温度と第１の事前決定温度との間でバルブをさらに単調に閉じるように構成され、又は、第１の事前決定温度と第２の事前決定温度との間でバルブをさらに単調に開けてその流れ抵抗を変化させるように構成されてよい。

【0013】

受動バルブの状態は、受動的に温度に依存し得る。すなわち、各バルブは、（制御器を必要とせずに）温度が第１の事前決定温度から第２の事前決定温度まで上昇するにつれて単調に開いてバルブの流れ抵抗を減少させるように構成され、温度が第２の事前決定温度から第１の事前決定温度まで低下するにつれて単調に閉じてバルブの流れ抵抗を増加させるように構成される。

【0014】

第１の事前決定温度はほぼ３５０から４５０℃としてよく、第２の事前決定温度はほぼ５５０から６５０℃としてよい。

【0015】

随意的に、各受動バルブは、第２の事前決定温度に実質的に等しい融点を有する一以上の積層された膨張可能要素を含み、前記膨張可能要素が溶融すると、前記膨張可能要素に機械的に結合されたロッドの一端に取り付けられたキャップがバルブシートから離れるように付勢されてバルブが開く。

【0016】

代替的に、各受動バルブが、異なる熱膨張係数を有する少なくとも２つの材料を含む構造物を含み、この構造物は、温度が低ければ低いほどバルブを通る流れを大きな程度まで妨げるように配列される。

【0017】

各バルブは、対応群の入口（すなわち導管と冷却材ソースラインとの接合部）近くに配置され得る。

【0018】

プラズマ対向アセンブリは、ダイバータアセンブリであってよく、各冷却ユニットは、ダイバータの一タイルの一部分に、又はダイバータの複数タイルの一以上に、一体的に形成されてよい。各群は、１００から１０，０００個の冷却材ユニット、好ましくは１，０００から５，０００個の冷却材ユニットを含んでよく、各群は、ダイバータ上に複数のタイルの一アレイを画定してよく、このアレイは、第１の横方向に沿って１０から１００個のダイバータタイル、及び第２の横方向に沿って１０から１００個のダイバータタイルを含む。

【0019】

冷却管理システムはさらに、冷却ユニットアセンブリの群の異なるセットに並列に冷却材を与えるように動作可能な一以上の冷却ソースラインを含んでよく、冷却ユニットアセンブリの群の各セットは、３から１０個の群を含んでよい。

【0020】

本発明の第２側面によれば、上述の冷却管理システムを含むトカマク又はステラレータが与えられる。

【0021】

トカマクは、球状トカマクであってよく、好ましくは、２．５以下のアスペクト比を有する球状トカマクであってよく、アスペクト比は、トカマクのトロイダルプラズマ閉じ込め領域の主半径と副半径との比として定義される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

ここで、本発明の実施形態が、単なる例として、以下の添付図面を参照して記載される。

【0023】

【図1】トカマクのポロイダル断面図を示す。

【図2】従来のダイバータ冷却装置を示す。

【図3】冷却材ユニットアセンブリの模式的な断面図を示す。

【図4A-4C】図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、冷却管理システムの模式図と、ストライク点移動前後の温度プロファイルを示す。

【図5】フロー図を示す。

【図6A-6C】図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、冷却管理システムの模式図と、ストライク点移動前後の温度プロファイルを示す。

【図7】フロー図を示す。

【図8A-8C】図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃは、冷却管理システムの異なる断面図を示す。

【図9A-9B】図９Ａ及び図９Ｂは、例示的な受動バルブの模式図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

ここに提案される新規な冷却管理システムは、所与の熱負荷分布に応じてダイバータ標的プレートの一領域にわたる冷却の程度を制御することができるので、この熱負荷が、効率的な冷却材分布を通じて効率的にダイバータによって収容される。ここに記載される例において、冷却管理システムはダイバータに使用されるが、冷却管理システムは、他のプラズマ対向コンポーネント（ＰＦＣ）にも同様に適している。ダイバータは、例えばトカマクの、好ましくは球状トカマクの、磁気閉じ込めプラズマチャンバの中に設けられてよい。必ずしもそうではないが、好ましくは、球状トカマクのアスペクト比は、２．５以下である。アスペクト比は、トカマクのトロイダルプラズマ閉じ込め領域の主半径と副半径との比である。ダイバータは、ステラレータ又は他のプラズマ閉じ込めシステムの中に設けてもよい。

【0025】

図３は、複数の「フィンガーユニット」３１４、３１６、３１８を含むアセンブリ３００の垂直断面を示す。例示のみを目的として、各フィンガーユニット３１４、３１６、３１８は、その隣接するユニットから分離されている。フィンガーユニットは、ここでは「冷却材ユニット」とも称されてよい。フィンガーアセンブリは、それに従って解釈されるべきである。

【0026】

各フィンガーユニット３１４、３１６、３１８は、フィンガーユニット３１４のシンブル部分３１２にろう付け又は他の方法で接合されたダイバータタイル３０６の一部分又は一以上のダイバータタイル３０６と、タイル３０６の近くに冷却材を与える内部チャネル３０２の少なくとも一部を画定するカートリッジ３２２とを含む。いくつかの例において、カートリッジ３２２は開放端であるが、他の例では（及び図３に示されるように）、カートリッジ３２２は、カートリッジ３２２からフィンガーユニット３１４のシンブル部分３１２に冷却材を流すための一アレイのアパチャ３２０を含むキャップを有する。一アレイの開口３２０により、ジェット冷却を介してのダイバータタイル３０６の冷却が強化される。

【0027】

アセンブリ３００において、複数のフィンガーユニットが直列に流体接続されることにより、冷却材が一方のフィンガーユニット３１４のシンブル部分３１２から流れ、チャネル３０４を介して隣接するフィンガーユニット３１６のカートリッジ３２２へと至る。同様のフィンガーユニットは、ジャーナルペーパー“Status of development of the EU He-cooled divertor for DEMO”, January 2008, Norajitra et al.”に記載されている。

【0028】

図４Ａは、ダイバータのための冷却管理システム４００の垂直断面の模式図を示す。冷却管理システム４００は、各フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇに冷却材を与えるように構成されるチャネル４０２と、チャネル４０２を対応フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇに流体的に接続されるように構成される複数の導管４０４ａ～４０４ｇと、複数のバルブ４０６ａ～４０６ｇとを含み、各フィンガーユニット群は、複数のフィンガーユニット３１４、３１６を含み、複数のバルブ４０６ａ～４０６ｇはそれぞれが、対応する導管４０４ａ～４０４ｇの中に配列され、チャネル４０２から対応フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇへの冷却材の流量を制御するように動作可能である。模式的な図において、導管４０４ａ～４０４ｇは、異なる箇所においてチャネル４０２に接続されるように示されるが、実際には、導管４０４ａ～４０４ｇのチャネル４０２への接続点が実質的に同じ箇所にあってもよい。一以上のポンプ（図示せず）が、冷却管理システム４００を通して冷却材を輸送するべく、冷却管理システム４００の入口４１８と冷却管理システム４００の出口４２０との間に圧力差を生じさせるように動作可能である。フィンガーユニット群のうち複数が、ここではフィンガーアセンブリ４１０と称される。フィンガー群４０８ａ～４０８ｇのそれぞれにおける、及びフィンガー群４０８ａ～４０８ｇ又はフィンガーアセンブリ４１０における、フィンガーユニット３１４、３１６、３１８は、図３に示されるものであってよい。入口４１８は、冷却材ソースラインとも称される。

【0029】

図４Ａにおいて、フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇは、チャネル４０２を介して互いに並列に流体的に接続される。各導管４０４ａ～４０４ｇは、チャネル４０２を、対応フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇの入口に流体的に接続される。各フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇの出口は、さらなるチャネル４２２を介して冷却管理システム４００の出口４２０に流体的に接続される。

【0030】

図４Ｂは、ダイバータにおけるストライク点４１２の位置が変わる前の初期ダイバータ熱負荷に対応する、フィンガーアセンブリ４１０に沿った例示的な温度プロファイル４１４を示す。説明を目的として、フィンガーアセンブリ４１０に沿った温度プロファイル４１４が一定であるように示されるが、フィンガーアセンブリ４１０に沿った温度プロファイル４１４は異なっていてもよいことを理解すべきである。

【0031】

背景セクションに記載されるように、ダイバータにおけるストライク点４１２の位置が変化し、それに応じてダイバータに入射する熱負荷条件も経時的に変化する。熱負荷の変化により、図４Ｂに示される温度プロファイル４１４に摂動が与えられる。一例として、新たなストライク点４１２のすぐ下のフィンガーアセンブリ４１０への冷却材の流量が、加熱を防ぐには低すぎるかもしれない一方、従前のストライク点の位置のすぐ下のフィンガーアセンブリへの冷却材の流量は大きすぎるかもしれず、冷却をもたらし得る。

【0032】

図４Ｃは、ストライク点４１２の位置が移動した後の（新たな位置は図４Ａに示される）フィンガーアセンブリ４１０に沿った例示的な摂動温度プロファイル４１６を示す。図４Ｃに示される温度は、各フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇ全体の平均温度である。当業読者であればわかることだが、温度プロファイルは実際には異なり得る。図示の例において、「新たな」ストライク点４１２は、フィンガーユニット群４０８ｅの中に配置される。これに対応して、「新たな」ストライク点４１２に近いフィンガーアセンブリ４１０の領域が加熱を受け得る一方、「新たな」ストライク点４１２から遠隔するフィンガーアセンブリ４１０の領域は、当初のストライク位置の領域よりも冷却を受け得る。

【0033】

正確な温度応答は、
・ストライク点４１２の従前の位置、形状及び大きさと、各フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇへの従前の流量とを含むシステムの履歴と、
・フィンガーアセンブリ４１０の熱拡散率と、
・熱拡散率と従前の冷却材構成とに存在する任意の異方性と
に依存し得る。

【0034】

第１の近似として、フィンガーアセンブリ４１０に沿った温度プロファイル４１６は、ストライク点４１２を中心に対称である。これは、熱流束プロファイルが大まかに対称であり、各フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇが互いに並列に流体接続されているからである。

【0035】

図４Ｃに示される例において、フィンガーユニット群４０８ａ及び４０８ｂが「冷却過多」である一方、フィンガーユニット群４０８ｄ、４０８ｅ、４０８ｆは「冷却不足」である。フィンガーユニット群４０８ｃ、４０８ｇの温度は、ほとんど変化しないままである。本開示の目的は、ストライク点のシフトに引き続いての温度プロファイルを均一にすることにある。

【0036】

フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇが並列に流体接続されている場合、各群４０８ａ～４０８ｇへの冷却材の流量は、他群４０８ａ～４０８ｇと比べた各群４０８ａ～４０８ｇの流れ抵抗の相対的な大きさに関連する。すなわち、群４０８ａが他群４０８ｂ～４０８ｇと比べて低い抵抗を有する場合、群４０８ａを通って流れる総冷却材の割合は、他群４０８ｂ～４０８ｇよりも大きい。例えば、群４０８ａに流れる冷却材の割合は近似的に、
ｉ）群４０８ａ、導管４０６ａ及びバルブ４０４ａの総流動抵抗と、
ｉ）すべての群４０８ａ～４０８ｇ、導管４０６ａ～４０６ｇ、及びバルブ４０４ａ～４０４ｇの総流動抵抗との比をマイナスしたものに比例する（例えば等しい）。

【0037】

第１の近似として、導管及び出口４２０の抵抗は、バルブ４０４ａ～４０４ｇ及びフィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇの抵抗よりも有意に小さいとして無視することができる。

【0038】

随意的に、各フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇは、等しい固有の流れ抵抗を有する（すなわちバルブからの寄与は計算に入れない）。これは、各群４０８ａ～４０８ｇが同数の等価フィンガーユニット３１４、３１６、３１８を有する場合に、又はフィンガーユニット３１４、３１６、３１８のサイズ及び／若しくは構成が異なる場合であって、異なる数のフィンガーユニット３１４、３１６、３１８が存在する場合に、達成することができる。いくつかの例において、固有の流れ抵抗は、予測されるストライク点（例えばダイバータのエッジ）から遠く離れた群において大きくなり得る。

【0039】

各群４０８ａ～４０８ｇへの流量は、その群４０８ａ～４０８ｇに流体接続された対応バルブ４０６ａ～４０６ｇの抵抗を変化させることによって制御することができる。例えば、バルブ４０６ａ～４０６ｇを様々な程度まで開閉するように作動させることによって制御することができる。

【0040】

図５は、図４Ａ～図４Ｃに係る冷却管理システム４００における温度プロファイルを均一にするためのフローチャートを示す。

【0041】

ステップ５０２において、ストライク点４１２が位置を変える。ストライク点４１２の位置の変化は、後に詳述されるように、検出され、予測され、又は他の方法で決定される。

【0042】

ステップ５０４において、新たなストライク点の位置に近いバルブ４０６ｄ～４０６ｆが開かれる（完全に又はさらに開かれる）。バルブ４０６ａ～４０６ｇは、この目的のために温度制御されてよく、又は温度応答性であってよい。バルブ４０６ｄ～４０６ｆを開くことにより、各対応フィンガーユニット群４０８ｅ～４０８ｆの流れ抵抗が減少し、これらのフィンガーユニット群４０８ｄ～４０８ｆへの冷却材流量が増加する。冷却管理システム４００にわたる圧力差が一定であると仮定すると、他群４０８ａ～４０８ｃ、４０８ｇへの冷却材流量が対応して減少する。これにより、摂動温度プロファイルのいずれかの冷却不足が均一化される。

【0043】

随意的なさらなるステップ５０６において、新たなストライク点の位置から遠くに離れたバルブ４０６ａ～４０６ｂが閉じられる（完全に又はさらに閉じられる）。これにより、これらの群４０８ａ～４０８ｂの流れ抵抗が増加し、これらの群４０８ａ～４０８ｂへの冷却材流量が減少する（又は完全に停止する）。これによりさらに、摂動温度プロファイルの冷却過多が均一化される。ステップ５０６は、ステップ５０４の代替として又はステップ５０４に加えて使用してよい。

【0044】

必ずしもそうではないが、好ましくは、各群４０８ｄ～４０８ｆへの冷却材の流量の増加は、その群４０８ｄ～４０８ｆの温度の（例えば第１の事前決定温度を上回る）増加に関連する。例えば、これは、バルブ４０６ｅをバルブ４０６ｄ、４０６ｆよりも大きく開くことによって達成することができる。

【0045】

必ずしもそうではないが、好ましくは、各群４０８ａ～４０８ｂへの流量の減少は、その群４０８ａ～４０８ｂの温度の（例えば第１又は第２の事前決定温度を下回る）減少に関連する。例えば、これは、バルブ４０６ａをバルブ４０６ｂよりも大きく閉じることによって達成することができる。

【0046】

図６Ａは、ダイバータのための他の冷却管理システム６００の垂直断面の模式図を示す。冷却管理システム６００は図４Ａの冷却管理システム４００に実質的に対応するが、フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇが互いに直列に流体的に接続されて冷却材が隣接するフィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇの間を通過できるようになっている点が異なる。代替装置（図６Ａには示されない）において、複数の導管６０４ａ～６０４ｇは、各フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇを冷却管理システム６００の（入口６１８からチャネル６０２を介してというよりもむしろ）出口６２０に流体的に接続するように構成される。これに対応して、バルブ６０６ａ～６０６ｇがこれらの導管内に配列され、対応フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇから出口６２０への流量が制御される。入口６１８は、冷却材ソースラインとも称される。

【0047】

図４に関連して上述したように、フィンガーアセンブリ６１０に沿った温度プロファイル６１４は、ダイバータにおけるストライク点６１２が変わると摂動を受ける。例示的な初期温度プロファイル６１４及び摂動温度プロファイル６１６が、図６Ｂ及び図６Ｃに示される。

【0048】

フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇが流体的に直列に接続されているので、温度プロファイル６１６は、ストライク点６１２に関して非対称であり、冷却材の流れの方向に傾斜し得る。これは、冷却材がさらに加熱され、直列に接続されたフィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇを流れるときに熱を放散するからである。図示の例において、フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｂは温度が低下して「冷却過多」になり、フィンガーユニット群６０８ｄ～６０８ｇは「冷却不足」になる。フィンガーユニット群６０８ｃにおける温度は、ほとんど変化しないままである。なお、この例においては、フィンガーアセンブリ６００におけるストライク点６１２から最も下流の群６０８ｇの温度は、その群６０８ｇにおけるダイバータタイルが必ずしもプラズマからの熱負荷の増加を受けるわけではないという事実にもかかわらず、上昇している（図４Ｃの温度プロファイルを参照）。

【0049】

フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇが直列に接続されると、流れ抵抗が増加する。したがって、多くのフィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇを通る（冷却管理システム６００の入口６１８と出口６２０との間の）冷却材の流れ抵抗は、少ないフィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇを通る冷却材の流れに対する抵抗よりも大きくなる。

【0050】

他方、各導管が直接的な流体経路を画定し得るので、各導管６０４ａ～６０４ｇを通る流れ抵抗は、各フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇを通る流れ抵抗よりもはるかに小さくなる。

【0051】

それゆえ、導管６０４ａ～６０４ｇにおける閉状態からバルブ６０６ａ～６０６ｇを開くことにより、チャネル６０２から、導管６０４ａ～６０４ｇが流体的に接続するフィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇへの冷却材のバイパスが形成される。すなわち、低い抵抗の導管を通って流体が流れていくつかのフィンガーユニット群をバイパスすることが許容される。このバイパスは、（多くのフィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇを通過する経路と比べて）流れ抵抗が低いので、バルブの上流に配置される群６０８ａ～６０８ｇへの冷却材の流量が減少する一方、バルブの下流に配置される群６０８ａ～６０８ｇへの冷却材の流量は増加する。

【0052】

例えば、初期にバルブ６０６ｃのみが開の場合、冷却材はチャネル６０２から導管６０４ｃ及びフィンガーユニット群６０８ｃ～６０８ｇを通って出口６２０まで流れる。温度プロファイルの摂動に応答してバルブ６０６ｅが開く場合、チャネル６０２からフィンガーユニット群６０８ｅへのバイパスが形成される。その後、冷却材は、フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｄをバイパスし、チャネル６０２から導管６０４ｅ及びフィンガーユニット群６０８ｅ～６０８ｇを通って出口６２０まで流れる。よって、これらの群６０８ｃ～６０８ｄ（上流）における冷却材流量が減少する一方、群６０８ｅ～６０８ｇ（下流）への冷却材流量は増加する。

【0053】

これとは逆に、バルブ６０６ａ～６０６ｇを（完全に又はほぼ完全に）閉じることにより、バイパスの遮断／閉止が有効になり、バルブ６０６ａ～６０６ｇの上流に配置される群を通る冷却材流量が増加する。

【0054】

他例において（図６Ａに示されない）、導管６０４ａ～６０４ｇは、各フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇを冷却管理システム６００の（入口側というよりむしろ）出口６２０に流体的に接続する。これらの例において、これらの導管６０４ａ～６０４ｇの内部に配列されたバルブ６０６ａ～６０６ｇを開くことにより、冷却管理システム６００の出口６２０に冷却材を直接流すためのバイパス（すなわち低抵抗）経路が生成される点で、実質的に同じ効果が達成される。これらの例において、さらに下流に配置される群６０８ａ～６０８ｇへの冷却材流量が減少する一方、上流に配置される群６０８ａ～６０８ｇへの冷却材流量は増加する。

【0055】

随意的に、各フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇは、流れ抵抗が等しい。上述したように、これは、各フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇが同数の等価フィンガーユニット３１４、３１６、３１８を有する場合に、又は各群に異なるサイズ及び／若しくは構成を有する異なる数のフィンガーユニット３１４、３１６、３１８が存在する場合に、達成することができる。

【0056】

図７は、図６Ａ～図６Ｃに係る冷却管理システム６００における温度プロファイルを均一化するためのフローチャートを示す。

【0057】

ステップ７０２において、ストライク点６１２が位置を変える。ストライク点６１２の位置の変化が、（後に詳述されるように）検出され、予測され、又は他の方法で決定される。

【0058】

ステップ７０４において、新しいストライク点の位置に近い（６０６ｄ～６０６ｅ）又はその下流の（６０６ｆ～６０６ｇ）バルブ６０６ｄ～６０６ｇが、これらが流体的に接続される対応フィンガーユニットへの冷却材の低抵抗バイパスを形成するべく、閉状態から開かれる。バルブ６０６ｄ～６０６ｇがすでに開状態にある場合、バルブ６０６ｄ～６０６ｇはさらに開いてよい。冷却管理システム６００にわたる圧力差が一定であると仮定すると、他群６０８ａ～６０８ｃへの冷却材流量が対応して減少する。これにより、摂動温度プロファイルのいずれかの冷却不足が均一化される。

【0059】

随意的なさらなるステップ７０６において、新たなストライク点の位置から遠くに離れて上流にあるバルブ６０６ａ～６０６ｃが閉じられる（完全に又はさらに閉じられる）。このようにして、対応群６０８ａ～６０８ｃへの低抵抗バイパスが閉じられ、群６０８ｄ～６０８ｇへの冷却材流量が増加する。これにより、摂動温度プロファイルがさらに均一化される。

【0060】

バルブ６０６ａ～６０６ｇは、温度制御されてよく、又は温度応答性であってよい。

【0061】

なお、バルブ６０６ｄ～６０６ｇが等しく開いている場合（又はそれらの流れに対する抵抗が等しい場合）、導管６０４ｇの流れ抵抗は一般に、フィンガーユニット群６０８ｄ～６０８ｆの流れ抵抗よりもはるかに小さくてもよいので、冷却材は群６０８ｄ～６０８ｆをバイパスしてよい。この挙動は、冷却材が、大きな冷却を必要とするフィンガーユニット群をバイパスするので、次善となる。

【0062】

この点において、バルブ６０６ｂ～６０６ｇ（バルブ６０６ａを除く）は、第１の事前決定温度を上回ると開くように較正されることが望ましい。第１の事前決定温度は、ストライク点６１２の下に配置されるフィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇにおける予測温度に対応する。一例において、第１の事前決定温度は、３５０から４５０℃である。第１の事前決定温度は、ダイバータ標的プレートの温度が１２５０から１５００℃となる既知のモデリング技術を使用して計算することができる。かかるシナリオにおいて、フィンガーユニット群６０６ｅのみが第１の事前決定温度を上回ることができるので、初期にバルブ６０６ｅのみが開く一方、バルブ６０６ｄ、６０６ｆは、初期に閉じたままである（第１の事前決定温度を下回る）。このようにして、群６０８ｅ（及び群６０８ｅの下流の群）への冷却材の流量が増加し、冷却材は群６０８ｅからバイパスされない。

【0063】

代替的に、バルブ６０６ｂ～６０６ｇは、十分に高い流れ抵抗を有するように構成されることにより、バルブ６０６ｂ～６０６ｇ（冷却管理システム６００における最も上流に配置されるフィンガーユニット群６０８に冷却材を与えるバルブ６０６ａを除く）が開いているときに絞りのように作用する。よって、バルブ６０６ｂ～６０６ｇは、導管６０４ｂ～６０４ｇを通る冷却材のための相対的に高い抵抗の経路を画定する。かかる場合、バルブ６０６ｂ～６０６ｇは、それ自体で冷却材のバイパスを設定するというよりはむしろ、特定の群６０８ｂ～６０８ｇへの冷却材の流れを補完する。このアプローチにおいて、各群６０８ｅ、６０８ｄ、６０８ｆへの流量は、各バルブ６０６ｅ、６０６ｆ、６０６ｇの相対的な絞りパワーを制御することによって（ある程度）制御することができる。

【0064】

冷却管理システム４００、６００は、バルブ４０６ａ～４０６ｇ、６０６ａ～６０６ｇを開く及び／又は閉じることによって、摂動温度プロファイル４１６、６１６を均一にするように冷却材流量を制御し得ることが示されている。バルブは、能動的（温度制御される）又は受動的（温度応答性）のいずれかでよい。

【0065】

受動バルブは、当該バルブと局所的に流体連通する流体（例えば冷却材）の現場温度に応答するように構成される。例示的な受動バルブが、図９Ａ及び図９Ｂを参照して以下にさらに詳述される。

【0066】

能動バリューは、制御器を使用して（完全に又は大幅に）開閉するように動作可能である。制御器によって与えられる命令は、トカマクにおける診断測定値を分析することによって決定され得る。診断測定値は、例えば、各導管４０４ａ～４０４ｇ、６０４ａ～６０４ｇ内に配置された一以上の温度センサからの温度測定値であってよい。代替的に、プラズマ関連の診断を使用して、冷却管理システムにおける予測温度を推定してもよい。温度を決定し得る当業者周知のトカマク内の任意の診断測定が、この目的に適している。

【0067】

特に過酷な環境において、電子機器（例えば電子的に切り替え可能なバルブ）の寿命が限られているので、能動制御は実用的ではない。かかる環境において、受動制御（例えば受動バルブ）が実用的な解決策となる。

【0068】

この点において、受動バルブ４０６ａ～４０６ｇ、６０６ａ～６０６ｇは、第１の事前決定温度を下回ると閉じたままとなって第２の事前決定温度を上回ると完全に開くように較正されてよい。第１の事前決定温度と第２の事前決定温度との間で、バルブの流れ抵抗は単調に減少する。いくつかの例において、第２の事前決定温度は、第１の事前決定温度よりも大きい。例えば、第１の事前決定温度は３５０から４５０℃であり、第２の事前決定温度は５５０から６５０℃である。他例において、受動バルブ４０６ａ～４０６ｇ、６０６ａ～６０６ｇは、単一の温度、例えば５００℃で閉状態と開状態とを切り替えるように構成される。冷却管理システム４００に適した受動バルブの構造及びタイプに関するさらなる詳細は、図９Ａ及び図Ｂに与えられる。

【0069】

図４及び図６に示す冷却管理システム４００、６００において、フィンガーアセンブリ４１０、６１０は、フィンガーユニット４０８ａ～４０８ｇ、６０８ａ～６０８ｇの７つの群を有する。しかしながら、当業読者であれば理解するように、フィンガーアセンブリ４１０、６１０におけるフィンガーユニット群の数は異なってよい。

【0070】

図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、冷却管理システムの各断面の模式図を示す。

【0071】

図８Ａは、冷却管理システムの上から下を見たときの模式的な図を示し、複数の面分割ダイバータタイル３０６を含むダイバータ表面６００を示す。図示の例において、ダイバータタイル３０６は正方形の形状で示されるが、当業読者であれば理解するように、他の面分割形状、例えば六角形も可能である。他例において、ダイバータタイル３０６は必ずしも同じ形状又はサイズでなくてもよい。一例として、ダイバータタイル３０６の各辺は、３ｍｍから１０ｍｍ、例えば６ｍｍ、であってよい。他のサイズも可能である。

【0072】

図８Ｂは、冷却管理システム（図５Ａに示されたものと同等）の第１の垂直断面の模式的な図を示す。これは、フィンガーアセンブリ６１０を介して図８Ａのダイバータ表面８００に冷却材を与えるように構成される。フィンガーアセンブリのさらなる詳細は、図６に与えられるので、ここでは繰り返さない。図８Ｂおいて、６つの導管６０４ａ～６０４ｇと、６つのフィンガーユニット群とが存在する。図８Ａと比べると、各フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇは、縦方向に３つのフィンガーユニットを含む。

【0073】

図８Ｃは、複数の入口６１８を含む冷却管理システム（図５Ａに示されたものと同等）の第２の垂直断面の模式的な図を示す。各入口６１８は、特定のフィンガーアセンブリ６１０（図８Ｂ参照）に冷却材を与えるように構成される。図８Ｃにおいて、４つの入口６１８が存在するので、各フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇは、フィンガーユニットの３×３アレイを含み、ダイバータは、ダイバータタイル３０６の１２×１８アレイを含む。説明のみを目的として、これらの群は、図８Ａにおいて強調表示されているが、ダイバータ表面８００の実際の物理的特徴を反映していない。

【0074】

プラズマ閉じ込めシステムにおいてダイバータが使用される一特定例において、ダイバータのサイズは、プラズマ閉じ込めシステムのサイズに応じて、詳しくはプラズマストライク点のための箇所の予測範囲に応じて、設定してよい。

【0075】

一般に、各フィンガーユニット３１４、３１６、３１８は、一以上のダイバータタイル３０６の一部を含み、又は一以上のダイバータタイル３０６を含み得る。

【0076】

各フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇ、６０８ａ～６０８ｇにおけるフィンガーユニット３１４、３１６、３１８の数は、ダイバータ表面全体の温度プロファイルにおける「温度ピークの予測幅」（例えば半値全幅）に従って設定してよい。温度ピークの幅は、ほぼ５から２５ｍｍである。フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇ、６０８ａ～６０８ｇが、フィンガーアセンブリ４１０、６１０における温度上昇の「有効幅」よりもはるかに大きい場合、必要（温度ピークの予想幅）以上に広い面積（フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇ、６０８ａ～６０８ｇ）にわたって「過剰な」冷却材が与えられる。フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇ、６０８ａ～６０８ｇが、フィンガーアセンブリ４１０、６１０における温度上昇の「有効幅」よりもはるかに小さい場合、冷却材の制御は複雑となり、多数の導管４０４ａ～４０４ｇ、６０４ａ～６０４ｇを必要とする。一特定例において、フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇ、６０８ａ～６０８ｇは、６ｍｍサイズのフィンガーユニット３１４、３１６、３１８の５×５アレイを含み得る。各フィンガーユニット３１４、３１６、３１８は、温度ピークの予測幅に一致する一つのダイバータタイル３０６を含む。

【0077】

したがって、フィンガーアセンブリに対するフィンガーユニット群の数は、各フィンガーユニット群のサイズ、及びダイバータ表面の必要なサイズ、によって設定され得る。

【0078】

既に述べたように、各フィンガーユニットは、ダイバータの一タイルの一部分に、又はダイバータの複数タイルの一以上に、一体的に形成されてよい。したがって、各フィンガーユニット群は、ダイバータにおける複数タイルの一アレイを画定し得る。一特定例において、温度ピークの予測幅によってフィンガーユニットの数を設定することの代替として、アレイは、幅が１０から１００個のタイル、長さが１０から１００個のタイルであってよい。各群４０８ａ～４０８ｇ、６０８ａ～６０８ｇにおけるフィンガーユニット３１４、３１６、３１８の数は、１００から１００００個、好ましくは１０００から５０００個の範囲であってよい。

【0079】

各群におけるフィンガーユニットの数は、本システムが実装されるプラズマ閉じ込めシステムの内部環境のような、パワー付与（ｐｏｗｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱流束プロファイル、及びストライク点安定性のような変数を含む様々な設計考慮事項によって設定されてよい。一般に、大きな群が、ダイバータシステムの構造を単純化する一方、小さな群は、ストライク点の変化に対するダイバータのより精細な応答を許容し、システムの効率の向上を許容するのが一般的である（これは、ストライク点の全熱に対して十分に冷却される必要がある領域が小さくなるからである）。

【0080】

冷却管理システムにおける入口（又は冷却材ソースライン）の数は、例えば、各フィンガーユニット群のサイズ、ダイバータ表面の必要なサイズ、及びポンピングシステムの設計ニーズのような、様々な設計考慮事項に応じて設定されてよい。一例において、冷却材をフィンガーアセンブリに並列に与える２以上の入口（したがって２以上の冷却材ソースライン）が存在する。各フィンガーアセンブリは、２から１００個のフィンガーユニット群、好ましくは３から２５個、さらに好ましくは３から１０個のフィンガーユニット群を含み得る。

【0081】

冷却管理システムにおける冷却材は、（加圧された）液体又は気体であってよい。一例において、冷却材は加圧水であってよい。他例において、冷却材はヘリウムガスであってよい。

【0082】

図９Ａ及び図９Ｂは、図４及び図６の冷却管理システムのための例示的な受動バルブの模式的な図を示す。

【0083】

図９Ａにおいて、受動バルブ９００は、当業読者に周知の膨張可能素子サーモスタットを含む。受動バルブは、バルブハウジング９０２と、バルブハウジング９０２に配置されたコラム９０８内にシール材９１８を使用してシールされた一以上の膨張可能素子９０４、９０６（例えばワックス素子）と、ロッド又はピン９１０であって、ロッド又はピン９１０の一端がコラム９０８に機械的に結合されてロッド又はピン９１０の他端がキャップ９１２を含む、ロッド又はピン９１０と、バルブシート９１４と、バルブシート９１４に当接するようにキャップ９１２を付勢するべく構成される付勢素子９１６（例えば、ばね）とを含む。

【0084】

いくつかの例において、一以上の膨張可能素子９０４、９０６は、冷却管理システムのフィンガーアセンブリ４１０、６１０側に設けられ、その結果、膨張可能素子９０４、９０６は、有効にフィンガーアセンブリ４１０、６１０との熱平衡に達し得る。他例において、一以上の膨張可能素子９０４、９０６は、冷却管理システムの導管４０４ａ～４０４ｇ、６０４ａ～６０４ｇ側に設けられる。

【0085】

膨張可能素子９０４、９０６は、第１の事前決定温度を下回る温度において、付勢素子９１６（例えば、ばね）が、キャップ９１２とバルブシート９１４との間のシールを実質的に維持するのに十分な剛性を有するように構成される。シールは、必ずしも「液密」でなくてもよいが、好ましくは、シールは、バルブを通る流れを有意に制限すべきである。すなわち、第１の事前決定温度より低い温度では、受動バルブ９００が実質的に閉じられて冷却材は受動バルブ９００まわりを通過することができず、少なくとも、受動バルブ９００を通る冷却材の流れは有意に制限される。

【0086】

他方、付勢素子９１６（例えば、ばね）は、膨張可能素子９０４、９０６が第１の事前決定温度を上回るように加熱されて膨張するときに、膨張可能素子９０４、９０６がバルブシート９１４から離れるようにキャップ９１２を（ロッド９１０を介して）付勢することができるように、十分に柔軟である。 これにより、バルブシート９１４とキャップ９１２とが（より大きく）分離するので、受動バルブ９００まわりを流れる冷却材にとっての低抵抗経路が画定される。

【0087】

いくつかの例において、一以上の膨張可能素子９０４、９０６は固体であり、加熱中に相転移（すなわち溶融）を受けるように構成される。溶融は有意な膨張をもたらすので、溶融温度は第２の事前決定温度に対応し得る。

【0088】

いくつかの例において、一以上の膨張可能素子９０４、９０６は異なる融点を有するので、異なる温度で溶融する。かかる場合、一以上の膨張可能素子７０４、７０６は、異なる融点を有する各膨張可能素子９０４、９０６の溶融がキャップ９１２とバルブシート９１４との間の分離に対応する段階的変化をもたらすように、コラム９０８において互いに直列に配列され得る。これらの例において、第２の事前決定温度は、一以上の膨張可能素子９０４、９０６の最高融点に対応する。

【0089】

膨張可能素子９０４、９０６が固体の場合、バルブシート９１４とキャップ９１２との間の分離の変化は、温度の変化に比例する。そのような受動バルブ９００は、図４の冷却管理システム４００への冷却材の流量を制御するのに適している。しかしながら、バルブシート９１４とキャップ９１２との間の分離の変化は、溶融する膨張可能素子を使用するバルブ７００と比べて相対的に小さい。この点において、バルブ９００は、図６の冷却管理システム６００のための絞りとして適している。それにもかかわらず、必要に応じて、機械的レバーを使用して、この相対的に小さな変位を拡大することができる。

【0090】

膨張可能素子９０４、９０６が第１及び第２の事前決定温度の間に（例えば第２の事前決定温度に）融点を有する場合、バルブ９００の流れ抵抗は、これらの融点で大幅に減少し得る。したがって、「第２の事前決定温度」は、膨張可能素子９０４、９０６の融点に応じて設定することができる。かかる受動バルブ９００は、フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇへの冷却材のバイパスを生成する図６の冷却管理システム６００に特に適し得る。しかしながら、かかる受動バルブ９００は、図４の冷却管理システム４００にも適している。

【0091】

図９Ｂにおいて、受動バルブ９５０は、異なる熱膨張係数を有する少なくとも２つの材料９５４、９５６の構造物９５２を含む。受動バルブは、導管４０４ａ～４０４ｇ、６０４ａ～６０４ｇ内に配列される。構造物の一例は、当業読者に周知のバイメタルストリップである。構造物が加熱されると、異なる材料の熱膨張の差によって曲げが生じる。例えば、図９Ｂにおいて、材料９５４が、材料９５６よりも高い熱膨張を示す場合、温度が上昇するにつれて、構造物９５２は出口９５８から離れるように曲がり、バルブを開く。この作動は、バルブ９５０を閉じる及び／又は開くために使用され得る。随意的に、シール９６２は、出口９５８と流体密シールを形成するように構成される構造物９５２に設けられる。いくつかの例において、図９Ｂに示される出口９５８は、フィンガーユニット群４０８ａ～４０８ｇ、６０８ａ～６０８ｇの入口（すなわち図４および図６に示されるように）又は出口（すなわち、導管６０６ａ～６０６ｇが各フィンガーユニット群６０８ａ～６０８ｇの出口に流体的に接続される図６について記載された代替オプション）のいずれかに対応する。同様に、図９Ｂに示される入口９６０は、冷却管理システム６００のチャネル４０２、６０２、又は出口６２０のいずれかに対応する。図９Ｂにおいて、構造物９５０は、それが設けられる導管４０４ａ～４０４ｇ、６０４ａ～６０４ｇ内の一端に固定される。他例において、構造物９５０は両端に固定されてよい。

【0092】

一特定例において、冷却管理システムは、トカマク又はステラレータに使用される。構造物を構成する材料は、冷却管理システム４００、６００の動作中に腐食が制限されるか、又は無視できるように選択され得る（例えば、冷却材として水を使用するとき、サンドイッチ構造物が、例えば、ステンレス鋼、インバー、アルミニウム・ブロンズ、及びチタンから選択される材料組み合わせから形成されてよい）。構造物の変位は、温度の変化に、及び少なくとも２つの材料９５４、９５６の熱膨張係数間の差に、比例する。したがって、かかる受動バルブ９５０は、バルブ９５０の流れ抵抗が温度に比例して変化するので、図４の冷却管理システム４００への冷却材流量を制御するのに特に適している。受動バルブ９５０は、図６の冷却管理システム６００にも適している。

【0093】

明確に反対のことが述べられていない限り、バルブが開閉されるとの言及は、以前の状態に対することを意味する。バルブは、閉じた状態から開いてよく、同等に、すでに「開いた状態」からさらに開いてもよい。同様に、バルブは、「完全に」開いた状態から閉じてよく、又は部分的に開いた状態からさらに閉じてもよい。

【0094】

上述した冷却管理システムの一例は、以下のようにまとめられる。

【0095】

その一例は、磁気閉じ込めプラズマチャンバにおけるプラズマ対向アセンブリのための冷却管理システムを与える。この冷却管理システムは冷却材ユニットアセンブリ及びバルブを含み、冷却材ユニットアセンブリは、各群が一以上の冷却材ユニットを含む複数の群を含み、各冷却ユニットは、プラズマ対向アセンブリの対応領域に冷却材を与えるように構成される冷却チャネルを含み、各群はさらに、一以上の冷却ユニットに冷却材を供給するように構成される導管を含み、バルブは、各導管内に配列されて冷却ユニットアセンブリの各群への冷却材の流量を制御するように動作可能である。

【0096】

冷却管理システムにおける複数の群は、直列に接続されても、並列に接続されてもよい。

【0097】

冷却管理システムにおけるバルブは、受動的であっても能動的であってもよい。

【0098】

能動的に制御されるバルブは、制御器を使用して制御することができる。制御器は、温度に応じて各バルブをさらに閉又は開に作動させるように構成される。すなわち、制御器は、第２の事前決定温度と第１の事前決定温度との間でバルブをさらに単調に閉じるように構成され、又は、第１の事前決定温度と第２の事前決定温度との間でバルブをさらに単調に開けてその流れ抵抗を変化させるように構成されてよい。

【0099】

受動バルブの状態は、温度に依存してよい。すなわち、各バルブは、温度が第１の事前決定温度から第２の事前決定温度まで上昇するにつれて単調に開いてバルブの流れ抵抗を減少させるように構成され、温度が第２の事前決定温度から第１の事前決定温度まで低下するにつれて単調に閉じてバルブの流れ抵抗を増加させるように構成される。

【0100】

第１の事前決定温度はほぼ３５０から４５０°Ｃとしてよく、第２の事前決定温度はほぼ５５０から６５０°Ｃとしてよい。

【0101】

随意的に、各受動バルブは、第２の事前決定温度に実質的に等しい融点を有する一以上の積層された膨張可能要素を含み、前記膨張可能要素が溶融すると、前記膨張可能要素に機械的に結合されたロッドの一端に取り付けられたキャップがバルブシートから離れるように付勢されてバルブが開く。

【0102】

代替的に、各受動バルブが、異なる熱膨張係数を有する少なくとも２つの材料を含む構造物を含み、この構造物は、温度が低ければ低いほどバルブを通る流れを大きな程度まで妨げるように配列される。

【0103】

各バルブは、対応群の入口の近くに配置されてよい。

【0104】

プラズマ対向アセンブリは、ダイバータアセンブリであってよく、各冷却ユニットは、ダイバータの一タイルの一部分に、又はダイバータの複数タイルの一以上に、一体的に形成されてよい。各群は、１００から１０，０００個の冷却材ユニット、好ましくは１，０００から５，０００個の冷却材ユニットを含んでよく、各群は、ダイバータ上に複数のタイルの一アレイを画定してよく、このアレイは、第１の横方向に沿って１０から１００個のダイバータタイル、及び第２の横方向に沿って１０から１００個のダイバータタイルを含む。

【0105】

冷却管理システムはさらに、冷却ユニットアセンブリの群の異なるセットに並列に冷却材を与えるように動作可能な２以上のチャネルを含んでよく、冷却ユニットアセンブリの群の各セットは、３から１０個の群を含んでよい。

【0106】

一補完例において、上述のまとめられた例に記載された冷却管理システムを含むトカマク又はステラレータが与えられる。

【0107】

トカマクは、球状トカマクであってよく、好ましくは、２．５以下のアスペクト比を有する球状トカマクであってよく、アスペクト比は、トカマクのトロイダルプラズマ閉じ込め領域の主半径と副半径との比として定義される。

【0108】

本発明が、上述されたように好ましい実施形態について説明されてきたにもかかわらず、これらの実施形態は例示に過ぎず、特許請求の範囲はこれらの実施形態に限定されないことを理解すべきである。異なる例からの複数の特徴を適宜組み合わせて、他の実施例を形成してよい。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A-4C】

【図5】

【図6A-6C】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-03

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気閉じ込めプラズマチャンバにおけるプラズマ対向アセンブリのための冷却管理システムであって、
複数の冷却材ユニット群と、
バルブ装置と
を含み、
前記複数の冷却材ユニット群はそれぞれが、前記プラズマ対向アセンブリの各部分に冷却を与えるように構成されて冷却材ソースラインに流体的に接続され、
前記複数の冷却材ユニット群は、流体的に直列又は並列に接続され、
前記バルブ装置は、前記冷却材ソースラインから各冷却材ユニット群への冷却材の流量を、前記各冷却材ユニット群における温度に応じて制御するように動作可能である、冷却管理システム。

【請求項2】

前記バルブ装置は、低い温度にある冷却材ユニット群と比べて高い温度にある冷却材ユニット群の方に優先的に冷却材を分布させるように動作可能である、請求項１に記載の冷却管理システム。

【請求項3】

前記バルブ装置は、低い温度にある冷却材ユニット群と比べて高い温度にある冷却材ユニット群の方に冷却材の流れを多く与えるように動作可能である、請求項１に記載の冷却管理システム。

【請求項4】

前記バルブ装置は、各対応冷却材ユニット群のためのバルブを含み、
前記バルブのそれぞれの、通過する冷却材の流れへの抵抗が、前記バルブの温度に反比例する、請求項１に記載の冷却管理システム。

【請求項5】

前記バルブ装置は受動バルブを含む、請求項１に記載の冷却管理システム。

【請求項6】

各冷却材ユニット群は、その一以上の冷却材ユニットに冷却材を供給するように構成される導管を含み、各冷却材ユニットは、前記プラズマ対向アセンブリの前記各部分の対応領域に冷却材を与えるように構成される冷却材チャネルを含む、請求項１に記載の冷却管理システム。

【請求項7】

前記バルブ装置は、各冷却材群の前記導管の中に配列されるバルブを含む、請求項６に記載の冷却管理システム。

【請求項8】

各バルブを、前記各バルブの流れ抵抗を変えるように第１の事前決定温度と第２の事前決定温度との間で単調にさらに閉及び開に作動させるべく構成される制御器をさらに含む、請求項７に記載の冷却管理システム。

【請求項9】

各バルブは受動的である、請求項７に記載の冷却管理システム。

【請求項10】

各バルブは、
第１の事前決定温度から第２の事前決定温度まで温度が上昇するにつれて、前記各バルブの流れ抵抗を単調減少させるように開くことと、
第２の事前決定温度から第１の事前決定温度まで温度が低下するにつれて、前記各バルブの流れ抵抗を単調増加させるように閉じることと
を行うように構成される、請求項７に記載の冷却管理システム。

【請求項11】

各バルブは、前記第２の事前決定温度に等しい融点を有する一以上の積層された膨張可能要素を含み、前記膨張可能要素が溶融すると、前記膨張可能要素に機械的に結合されたロッドの一端に取り付けられたキャップがバルブシートから離れるように付勢されて前記各バルブが開く、請求項１０に記載の冷却管理システム。

【請求項12】

各バルブは、異なる熱膨張係数を有する少なくとも２つの材料を含む構造物を含み、前記構造物は、温度が低ければ低いほど前記各バルブを通る流れを大きな程度まで妨げるように配列される、請求項１０に記載の冷却管理システム。

【請求項13】

前記第１の事前決定温度は３５０から４５０℃であり、前記第２の事前決定温度は５５０から６５０℃である、請求項８に記載の冷却管理システム。

【請求項14】

各バルブは、対応する導管と冷却材ソースラインとの接合部に配置される、請求項７に記載の冷却管理システム。

【請求項15】

各冷却材ユニット群は、１００から１００００個の冷却材ユニットを含む、請求項１４に記載の冷却管理システム。

【請求項16】

前記冷却材ユニット群の異なるセットに並列に冷却材を与えるように動作可能な一以上の冷却材ソースラインをさらに含む、請求項１に記載の冷却管理システム。

【請求項17】

前記冷却材ユニット群の各セットは３から１００個の群を含む、請求項１６に記載の冷却管理システム。

【請求項18】

ダイバータアセンブリと、請求項６から１７のいずれか一項に記載の冷却管理システムとを含むシステムであって、
各冷却材ユニットは、前記ダイバータアセンブリの一タイルの一部分に、又は複数タイルの一以上に、一体的に形成される、システム。

【請求項19】

各冷却材ユニット群は、前記ダイバータアセンブリの複数タイルの一アレイを画定し、前記一アレイは、第１の横方向に沿って１０から１００個のダイバータタイルを、第２の横方向に沿って１０から１００個のダイバータタイルを含む、請求項１８のシステム。

【請求項20】

請求項１から１７のいずれか一項に記載の冷却管理システム又は請求項１８から１９のいずれか一項に記載のシステムを含むトカマク。

【請求項21】

前記トカマクは、球形トカマクである、請求項２０に記載のトカマク。

【請求項22】

請求項１から１７のいずれか一項に記載の冷却管理システム又は請求項１８から１９のいずれか一項に記載のシステムを含むステラレータ。

【国際調査報告】