核融合の「漏れない」を、どう確かめる？ 真空試験から見える仕事

核融合の装置をつくる企業にとって、「空気が漏れない」は単純な仕様ではない。どの境界を、どの感度で、いつ確かめたのかまで決めて初めて、顧客が使える性能になる。ITERの過去の試験を手掛かりに、真空を支える仕事を読み解く。

真空とは、気体の圧力を低くした状態のことだ。核融合装置では、燃料以外の気体が入り込むことを抑え、狙ったプラズマの条件をつくる。また、超伝導磁石の周囲では真空による断熱が重要になる。同じ「真空容器」でも、プラズマを囲む容器と、磁石などを包むクライオスタットでは役割が違う。ITERの真空系

ポンプの性能を上げれば、あらゆる漏れを解決できるわけではない。接合部や貫通部を含め、設備として必要な気密性を保つことが前提となる。漏れを検出する機器、その測定条件、製造時の清浄さまでが、装置を使える状態にする仕事に含まれる。

ITERは2019年5月20日、真空容器セクターの工場試験に先立つ準備を紹介した。小型の試験容器を使い、ヘリウムを検出する質量分析計と試験手順を評価していた。質量分析計とは、粒子の質量に関係する性質を利用し、気体の成分を調べる装置である。

難点は、材料の表面などから出る気体である「放出ガス」と、探したいヘリウムを区別できるかだった。単に検出器のカタログを読むのではなく、実際の試験環境に近い背景の中で必要な感度が出ることを確かめている。2019年の試験準備

ここから得られる実務上の示唆は、測定器を納める範囲と、試験として結果を保証する範囲を分けることだ。配管、試験容積、背景ガス、待ち時間が変われば、同じ検出器でも確認できる内容は変わる。比較すべきものは機種名だけでなく、測定系全体の条件になる。

2016年11月7日のITER報告では、クライオスタット底部の溶接部に小さな箱状の試験空間を設け、片側を排気し、反対側からヘリウムを導入していた。溶接部を通り抜けたヘリウムが検出されれば、漏れの存在を調べられる。長い溶接線を区切り、試験する範囲を重ねながら進める方法だ。クライオスタットの漏れ試験

重要なのは、巨大な部品を一度に測る方法だけが選択肢ではないことだ。全体の合否を確かめる試験と、不具合の位置を絞る作業は目的が違う。製造側は、検査しやすいアクセスを残せるか、補修後に同じ条件で再確認できるかを考える必要がある。

写真は当時の作業であり、現在の建設進捗を示すものではない。過去の工程を読む価値は、完成品の外観だけでは見えない、試験に必要な空間や作業の順序が分かることにある。

2020年9月14日の報告によると、真空容器セクター6は同月4日に現地での漏れ試験に合格した。ITERは、内部部品の清浄さが保たれていたため、試験に必要な感度を得るうえで加熱による処理が不要だったと説明している。2020年の現地試験

この事例は、清浄度の要求を守ることが、後工程の時間や費用にも関係することを示す。ただし、一つの部品で処理が不要だった結果を、全ての部品や将来炉へそのまま当てはめてはいけない。形状、材料、表面状態、要求感度ごとに判断が必要だ。

以下は、これらの事例を踏まえた編集部の提案である。受注前には四つの点をそろえたい。第一に、試験する境界と合否基準。第二に、必要な検出感度を示す方法。第三に、清浄度を維持する製造・保管・搬送の条件。第四に、漏れが見つかった場合の位置特定、補修、再試験の責任分担だ。

特に、治具、仮設配管、排気設備、計測記録、立会いの準備を「検査一式」の言葉だけでまとめると、工程と費用の抜けが生じやすい。顧客の契約仕様と試験手順を確認し、どこまで自社が担当するかを具体化したい。

真空の価値は、容器の中が空に見えることではない。必要な条件を測り、再現し、次の工程へ引き渡せることにある。既存の真空・溶接・計測技術を核融合へつなぐ入口は、この地道な試験設計にも広がっている。