JP2001194477A - 核融合炉のダイバータ制御装置 - Google Patents
核融合炉のダイバータ制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 核融合炉の出力を変動させることなくダイバ
ータ装置の熱負荷を過度に増加させないように制御でき
るダイバータ制御装置を提供する。 【解決手段】 核融合炉の真空容器２内部の少なくとも
セパラトリックス磁気面５近傍の物理的な周辺プラズマ
・パラメータを周辺プラズマ・パラメータ測定器９によ
り測定し、この周辺プラズマ・パラメータ測定器９の測
定出力に応じて真空容器２内部に不純物ガスを注入し、
セパラトリックス磁気面５近傍のプラズマ密度を制御す
る。
ータ装置の熱負荷を過度に増加させないように制御でき
るダイバータ制御装置を提供する。 【解決手段】 核融合炉の真空容器２内部の少なくとも
セパラトリックス磁気面５近傍の物理的な周辺プラズマ
・パラメータを周辺プラズマ・パラメータ測定器９によ
り測定し、この周辺プラズマ・パラメータ測定器９の測
定出力に応じて真空容器２内部に不純物ガスを注入し、
セパラトリックス磁気面５近傍のプラズマ密度を制御す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイバータ装置を
有する核融合炉に用いられるダイバータ制御装置に関す
るものである。
有する核融合炉に用いられるダイバータ制御装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】核融合炉では発生した核融合出力の約４
／５は中性子の運動エネルギーとなってブランケット部
に入射するが、残りの約１／５はダイバータと呼ばれる
装置に流入する。しかし、このようなダイバータ装置の
受熱面積はブランケットの表面積に比べて極めて小さい
ため、大きな熱負荷を受けることになる。
／５は中性子の運動エネルギーとなってブランケット部
に入射するが、残りの約１／５はダイバータと呼ばれる
装置に流入する。しかし、このようなダイバータ装置の
受熱面積はブランケットの表面積に比べて極めて小さい
ため、大きな熱負荷を受けることになる。
【０００３】そこで、従来、ダイバータ装置での熱負荷
を低下させるために、核燃焼に対する寄与の小さな炉心
プラズマの表面付近や周辺プラズマ領域（炉心プラズマ
の境界となるセパラトリックス磁気面の外側領域）に燃
焼を妨げる不純物（例えば、アルゴン、ネオンなどの希
ガス）を注入して放射パワー損失により熱負荷を分散さ
せる方法がとられる。
を低下させるために、核燃焼に対する寄与の小さな炉心
プラズマの表面付近や周辺プラズマ領域（炉心プラズマ
の境界となるセパラトリックス磁気面の外側領域）に燃
焼を妨げる不純物（例えば、アルゴン、ネオンなどの希
ガス）を注入して放射パワー損失により熱負荷を分散さ
せる方法がとられる。
【０００４】ところが、炉心プラズマに何らかの異常が
生じて核融合出力が上昇したような場合、ダイバータ装
置への流入パワーがさらに増加し、ダイバータ装置の熱
負荷が許容可能な範囲を越えて増加することがある。こ
のような場合、炉心プラズマに不純物を注入して出力を
下げる方法が提案されているが、投入された不純物はプ
ラズマ中で複雑なふるまいをするため、ダイバータ装置
での熱負荷を適切に制御することは困難であり、また、
一度注入された不純物は簡単には排気されないので不純
物の濃度を上げることは容易であるが下げることが困難
であるという問題があった。
生じて核融合出力が上昇したような場合、ダイバータ装
置への流入パワーがさらに増加し、ダイバータ装置の熱
負荷が許容可能な範囲を越えて増加することがある。こ
のような場合、炉心プラズマに不純物を注入して出力を
下げる方法が提案されているが、投入された不純物はプ
ラズマ中で複雑なふるまいをするため、ダイバータ装置
での熱負荷を適切に制御することは困難であり、また、
一度注入された不純物は簡単には排気されないので不純
物の濃度を上げることは容易であるが下げることが困難
であるという問題があった。
【０００５】一方、ダイバータ装置での熱負荷は核融合
出力のみでは決まらず、セパラトリックス磁気面の温度
や密度など周辺プラズマのパラメータにも大きく依存す
る。このため、例えば核融合出力が一定であっても何等
かの原因で周辺プラズマの密度が低下するとダイバータ
装置の熱負荷が増加して装置全体が損傷する可能性があ
った。
出力のみでは決まらず、セパラトリックス磁気面の温度
や密度など周辺プラズマのパラメータにも大きく依存す
る。このため、例えば核融合出力が一定であっても何等
かの原因で周辺プラズマの密度が低下するとダイバータ
装置の熱負荷が増加して装置全体が損傷する可能性があ
った。
【０００６】このため、このようなダイバータ装置を制
御するためのダイバータ制御装置は、これら全ての問題
点に対処可能なことが要求されていたが、これまでのも
のは、核融合出力が増加した場合しか考慮されておら
ず、周辺プラズマの密度が低下した場合には適切な処置
を取ることができなかった。また、ダイバータ装置の熱
負荷が異常に上昇した場合には、これまでは炉心プラズ
マに不純物を注入するなどして出力を低下させるか、炉
を緊急停止するなどの方法がとられていたが、炉の出力
が変動することは望ましくないし、炉を停止した場合に
は再起動に大きなパワーを必要とするという問題があっ
た。
御するためのダイバータ制御装置は、これら全ての問題
点に対処可能なことが要求されていたが、これまでのも
のは、核融合出力が増加した場合しか考慮されておら
ず、周辺プラズマの密度が低下した場合には適切な処置
を取ることができなかった。また、ダイバータ装置の熱
負荷が異常に上昇した場合には、これまでは炉心プラズ
マに不純物を注入するなどして出力を低下させるか、炉
を緊急停止するなどの方法がとられていたが、炉の出力
が変動することは望ましくないし、炉を停止した場合に
は再起動に大きなパワーを必要とするという問題があっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のダ
イバータ制御装置では、核融合出力は一定であるが周辺
プラズマ温度が増加した場合や周辺プラズマ密度が減少
した場合にダイバータ装置の各機器が大きな損傷を受け
るおそれが生じ、また、核融合出力は一定であるが周辺
プラズマの密度が低下した場合にダイバータ装置の熱負
荷の増加を避けるために炉心プラズマを冷却して出力を
低下もしくは停止させる必要があるが、炉を停止した場
合には再起動に大きなパワーを必要とするという問題が
あった。
イバータ制御装置では、核融合出力は一定であるが周辺
プラズマ温度が増加した場合や周辺プラズマ密度が減少
した場合にダイバータ装置の各機器が大きな損傷を受け
るおそれが生じ、また、核融合出力は一定であるが周辺
プラズマの密度が低下した場合にダイバータ装置の熱負
荷の増加を避けるために炉心プラズマを冷却して出力を
低下もしくは停止させる必要があるが、炉を停止した場
合には再起動に大きなパワーを必要とするという問題が
あった。
【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、核融合炉の出力を変動させることなくダイバータ装
置の熱負荷を過度に増加させないように制御できるダイ
バータ制御装置を提供することを目的とする。
で、核融合炉の出力を変動させることなくダイバータ装
置の熱負荷を過度に増加させないように制御できるダイ
バータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ダイバータ装置を有する核融合炉内部の少なくともセパ
ラトリックス磁気面近傍の物理的な周辺プラズマ・パラ
メータを測定する周辺プラズマ・パラメータ測定手段
と、この周辺プラズマ・パラメータ測定手段の測定出力
に応じて前記核融合炉内部に不純物を注入し、前記セパ
ラトリックス磁気面近傍のプラズマ密度を制御する制御
手段とを具備したことを特徴としている。
ダイバータ装置を有する核融合炉内部の少なくともセパ
ラトリックス磁気面近傍の物理的な周辺プラズマ・パラ
メータを測定する周辺プラズマ・パラメータ測定手段
と、この周辺プラズマ・パラメータ測定手段の測定出力
に応じて前記核融合炉内部に不純物を注入し、前記セパ
ラトリックス磁気面近傍のプラズマ密度を制御する制御
手段とを具備したことを特徴としている。
【００１０】このようにすれば、ダイバータ装置での熱
負荷が増加したときも、この熱負荷を容易に制御でき
る。
負荷が増加したときも、この熱負荷を容易に制御でき
る。
【００１１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、前記核融合炉内部に注入される不純
物は、不純物ガスからなり、該不純物ガスによる輻射に
よりダイバータ装置の熱負荷を制御することを特徴とし
ている。
載の発明において、前記核融合炉内部に注入される不純
物は、不純物ガスからなり、該不純物ガスによる輻射に
よりダイバータ装置の熱負荷を制御することを特徴とし
ている。
【００１２】このようにすれば、ダイバータ装置の熱負
荷を適正な範囲で維持することができる。
荷を適正な範囲で維持することができる。
【００１３】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明において、前記不純物ガスは、あらかじめ水素
ガスまたはヘリウム・ガスで希釈して注入することを特
徴としている。
載の発明において、前記不純物ガスは、あらかじめ水素
ガスまたはヘリウム・ガスで希釈して注入することを特
徴としている。
【００１４】このようにすれば、水素ガスまたはヘリウ
ム・ガスによる希釈により精度よく不純物を注入するこ
とができる。
ム・ガスによる希釈により精度よく不純物を注入するこ
とができる。
【００１５】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明において、前記不純物ガスは、水素ガスまたは
ヘリウム・ガスによる不純物濃度を調節して注入するこ
とを特徴としている。
載の発明において、前記不純物ガスは、水素ガスまたは
ヘリウム・ガスによる不純物濃度を調節して注入するこ
とを特徴としている。
【００１６】このようにすれば、不純物ガスの不純物濃
度を調節することで、精度よく不純物を注入することが
できる。
度を調節することで、精度よく不純物を注入することが
できる。
【００１７】請求項５記載の発明によれば、請求項２記
載の発明において、前記不純物ガスは、少なくとも２種
類以上の不純物ガスを注入することを特徴としている。
載の発明において、前記不純物ガスは、少なくとも２種
類以上の不純物ガスを注入することを特徴としている。
【００１８】このようにすれば、２種類以上の不純物ガ
スを注入することで、より細かな制御ができる。
スを注入することで、より細かな制御ができる。
【００１９】請求項６記載の発明によれば、請求項５記
載の発明において、不純物ガスとしてヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、炭化水素
化合物のうち少なくとも２種類以上のガスを用いること
を特徴としている。
載の発明において、不純物ガスとしてヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、炭化水素
化合物のうち少なくとも２種類以上のガスを用いること
を特徴としている。
【００２０】このようにすれば、放射パワーによって熱
を分散させダイバータ装置のピーク熱負荷の増加を抑制
できる。
を分散させダイバータ装置のピーク熱負荷の増加を抑制
できる。
【００２１】請求項７記載の発明によれば、請求項５記
載の発明において、前記少なくとも２種類以上の不純物
ガスは、あらかじめ適当な比率で混合したものからなる
ことを特徴としている。
載の発明において、前記少なくとも２種類以上の不純物
ガスは、あらかじめ適当な比率で混合したものからなる
ことを特徴としている。
【００２２】このようにすれば、不純物ガスを適当な比
率で混合することで、冷却特性を改善し、ダイバータ装
置でのピーク熱負荷の増加を抑制できる。
率で混合することで、冷却特性を改善し、ダイバータ装
置でのピーク熱負荷の増加を抑制できる。
【００２３】請求項８記載の発明によれば、請求項２記
載の発明において、前記核融合炉内部に注入される不純
物は、２種類以上の不純物ガスを混合させて液体化また
は固体化したもの、または固体化した２種類以上の不純
物ガスを均一に混合したもの、もしくは多層状に被覆し
たものからなることを特徴としている。
載の発明において、前記核融合炉内部に注入される不純
物は、２種類以上の不純物ガスを混合させて液体化また
は固体化したもの、または固体化した２種類以上の不純
物ガスを均一に混合したもの、もしくは多層状に被覆し
たものからなることを特徴としている。
【００２４】このようにすれば、注入場所をより正確に
選択でき、効率よくダイバータ装置でのピーク熱負荷の
増加を抑制できる。
選択でき、効率よくダイバータ装置でのピーク熱負荷の
増加を抑制できる。
【００２５】請求項９記載の発明によれば、請求項８記
載の発明において、少なくとも２種類以上の不純物は、
所定の温度範囲において、放射冷却率の温度依存性が平
坦、もしくは単調増加になるように割合で混合したこと
を特徴としている。
載の発明において、少なくとも２種類以上の不純物は、
所定の温度範囲において、放射冷却率の温度依存性が平
坦、もしくは単調増加になるように割合で混合したこと
を特徴としている。
【００２６】このようにすれば、プラズマ温度の不安定
性が解消され、ダイバータ熱負荷の制御性が改善され
る。
性が解消され、ダイバータ熱負荷の制御性が改善され
る。
【００２７】請求項１０記載の発明によれば、請求項１
記載の発明において、前記核融合炉内部の炉心プラズマ
の表面付近において、磁力線がトーラスの大円方向に向
いている磁気中性点の近傍に、１種類以上の不純物を注
入することを特徴としている。
記載の発明において、前記核融合炉内部の炉心プラズマ
の表面付近において、磁力線がトーラスの大円方向に向
いている磁気中性点の近傍に、１種類以上の不純物を注
入することを特徴としている。
【００２８】このようにすれば、プラズマを緊急停止す
る場合に、磁気中性点近傍に不純物を正確に注入するこ
とができる。
る場合に、磁気中性点近傍に不純物を正確に注入するこ
とができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。
に従い説明する。
【００３０】（第１の実施の形態）図１は、本発明のダ
イバータ制御装置を適用した核融合炉の概略構成を示し
ている。この場合、図１では核融合炉のトーラス状の炉
心部分の副軸（トーラス大円方向）に垂直な断面図を示
している。
イバータ制御装置を適用した核融合炉の概略構成を示し
ている。この場合、図１では核融合炉のトーラス状の炉
心部分の副軸（トーラス大円方向）に垂直な断面図を示
している。
【００３１】このような核融合炉では、真空容器２の内
部に高温のプラズマ１を、磁場を用いて容器壁から離し
て保持している。この高温のプラズマ１は、燃焼生成物
を排気する機能を備えたダイバータ装置３内部に設置さ
れ特別に冷却されたターゲット板４を介して真空容器２
に接しており、他の部分では真空容器２の内壁に接しな
いように特別の形状の磁気面（以下、セパラトリックス
磁気面と呼ぶ。）５によって区切られている。この場
合、プラズマ１は、セパラトリックス磁気面５の内側を
炉心プラズマ１ａ、セパラトリックス磁気面５の外側を
周辺プラズマとし、また、周辺プラズマ１ｂのうち、ダ
イバータ装置３内をダイバータ・プラズマ１ｃとしてい
る。また、セパラトリックス磁気面５上でダイバータ領
域の入口付近には磁場が完全に副軸方向（トーラス大円
方向）を向いた特異点があり、この点を磁気中性点８
（ヌル点またはＸ点）としている。この磁気中性点８
は、実際はトーラスを一周するリング状の領域である。
部に高温のプラズマ１を、磁場を用いて容器壁から離し
て保持している。この高温のプラズマ１は、燃焼生成物
を排気する機能を備えたダイバータ装置３内部に設置さ
れ特別に冷却されたターゲット板４を介して真空容器２
に接しており、他の部分では真空容器２の内壁に接しな
いように特別の形状の磁気面（以下、セパラトリックス
磁気面と呼ぶ。）５によって区切られている。この場
合、プラズマ１は、セパラトリックス磁気面５の内側を
炉心プラズマ１ａ、セパラトリックス磁気面５の外側を
周辺プラズマとし、また、周辺プラズマ１ｂのうち、ダ
イバータ装置３内をダイバータ・プラズマ１ｃとしてい
る。また、セパラトリックス磁気面５上でダイバータ領
域の入口付近には磁場が完全に副軸方向（トーラス大円
方向）を向いた特異点があり、この点を磁気中性点８
（ヌル点またはＸ点）としている。この磁気中性点８
は、実際はトーラスを一周するリング状の領域である。
【００３２】炉心プラズマ１ａは、主として重水素もし
くは三重水素からなる燃料と、核融合反応による核燃焼
で発生したヘリウム灰で構成され、真空容器２の内壁か
ら発生した不純物が微量に混入している。この不純物の
量が多くなると線輻射による放射パワー損失や燃料の希
釈等のために核燃焼を維持できなくなるが、後述のよう
に炉心プラズマに何等かの異常が発生して核融合出力が
過度に上昇したような場合は外部から意図的に不純物を
注入し燃焼を抑制または停止させる場合もある。また、
核融合反応は主に炉心プラズマ１ａの領域で起こり、周
辺プラズマ１ｂの領域の密度や不純物混入割合などのパ
ラメータはほとんど核融合出力に影響しないが、ダイバ
ータ装置での熱負荷は、周辺プラズマ１ｂの温度や密度
などの物理的なパラメータに大きく依存する。
くは三重水素からなる燃料と、核融合反応による核燃焼
で発生したヘリウム灰で構成され、真空容器２の内壁か
ら発生した不純物が微量に混入している。この不純物の
量が多くなると線輻射による放射パワー損失や燃料の希
釈等のために核燃焼を維持できなくなるが、後述のよう
に炉心プラズマに何等かの異常が発生して核融合出力が
過度に上昇したような場合は外部から意図的に不純物を
注入し燃焼を抑制または停止させる場合もある。また、
核融合反応は主に炉心プラズマ１ａの領域で起こり、周
辺プラズマ１ｂの領域の密度や不純物混入割合などのパ
ラメータはほとんど核融合出力に影響しないが、ダイバ
ータ装置での熱負荷は、周辺プラズマ１ｂの温度や密度
などの物理的なパラメータに大きく依存する。
【００３３】真空容器２周面には、周辺プラズマ１ｂや
ダイバータ・プラズマ１ｃのそれぞれの領域に対応させ
て周辺プラズマ・パラメータ測定器９が配置されてい
る。これら周辺プラズマ・パラメータ測定器９は、核融
合出力のみならず、セパラトリックス磁気面５近傍のプ
ラズマの密度や温度などの物理的な周辺プラズマ・パラ
メータを測定するものである。、これら周辺プラズマ・
パラメータ測定器９には、制御装置１０が接続されてい
る。この制御装置１０には、アルゴン・ガス、水素ガ
ス、ヘリウム・ガスまたは希ガスなどの不純物ガスを各
別に保持した不純物ガス保持装置１１のそれぞれの不純
物ガス弁１５を開閉制御するための弁開閉駆動装置１４
が接続されるとともに、ガス・リザーバー１２の混合ガ
ス注入弁１７を開閉制御するための弁開閉駆動装置１６
が接続されている。制御装置１０は、周辺プラズマ・パ
ラメータ測定器９の測定信号をもとに各不純物ガス保持
装置１１からの不純物ガスをガス・リザーバー１２で混
合し、制御ガス注入装置１３により真空容器２内部の周
辺プラズマ１ｂやダイバータ・プラズマ１ｃのそれぞれ
の領域に制御用の混合ガスを注入するようにしている。
なお、図中の点線は周辺プラズマ・パラメータ測定器９
の測定信号の流れを、太い実線は不純物ガス保持装置１
１からの不純物ガス等の流れを示す。
ダイバータ・プラズマ１ｃのそれぞれの領域に対応させ
て周辺プラズマ・パラメータ測定器９が配置されてい
る。これら周辺プラズマ・パラメータ測定器９は、核融
合出力のみならず、セパラトリックス磁気面５近傍のプ
ラズマの密度や温度などの物理的な周辺プラズマ・パラ
メータを測定するものである。、これら周辺プラズマ・
パラメータ測定器９には、制御装置１０が接続されてい
る。この制御装置１０には、アルゴン・ガス、水素ガ
ス、ヘリウム・ガスまたは希ガスなどの不純物ガスを各
別に保持した不純物ガス保持装置１１のそれぞれの不純
物ガス弁１５を開閉制御するための弁開閉駆動装置１４
が接続されるとともに、ガス・リザーバー１２の混合ガ
ス注入弁１７を開閉制御するための弁開閉駆動装置１６
が接続されている。制御装置１０は、周辺プラズマ・パ
ラメータ測定器９の測定信号をもとに各不純物ガス保持
装置１１からの不純物ガスをガス・リザーバー１２で混
合し、制御ガス注入装置１３により真空容器２内部の周
辺プラズマ１ｂやダイバータ・プラズマ１ｃのそれぞれ
の領域に制御用の混合ガスを注入するようにしている。
なお、図中の点線は周辺プラズマ・パラメータ測定器９
の測定信号の流れを、太い実線は不純物ガス保持装置１
１からの不純物ガス等の流れを示す。
【００３４】次に、このように構成した実施の形態の動
作を説明する。
作を説明する。
【００３５】この場合、周辺プラズマ１ｂやダイバータ
・プラズマ１ｃのそれぞれの領域において、周辺プラズ
マ・パラメータが変化したような場合、周辺プラズマ・
パラメータ測定器９の測定信号が制御装置１０に入力す
ると、制御装置１０より弁開閉駆動装置１４、１６に制
御指令が出力され、不純物ガス弁１５を介して不純物ガ
ス保持装置１１よりアルゴン・ガス、水素ガス、ヘリウ
ム・ガスまたは希ガスなどの不純物ガスがガス・リザー
バー１２に送られる。そして、ガス・リザーバー１２で
混合された混合ガスは、混合ガス注入弁１７を介して制
御用ガスとしてガス注入装置１３により真空容器２内部
の周辺プラズマ１ｂやダイバータ・プラズマ１ｃのそれ
ぞれの領域に注入され、この時の不純物ガスによる輻射
により、流入パワーが制御され、ダイバータ装置３のタ
ーゲット板４の熱負荷が制御される。
・プラズマ１ｃのそれぞれの領域において、周辺プラズ
マ・パラメータが変化したような場合、周辺プラズマ・
パラメータ測定器９の測定信号が制御装置１０に入力す
ると、制御装置１０より弁開閉駆動装置１４、１６に制
御指令が出力され、不純物ガス弁１５を介して不純物ガ
ス保持装置１１よりアルゴン・ガス、水素ガス、ヘリウ
ム・ガスまたは希ガスなどの不純物ガスがガス・リザー
バー１２に送られる。そして、ガス・リザーバー１２で
混合された混合ガスは、混合ガス注入弁１７を介して制
御用ガスとしてガス注入装置１３により真空容器２内部
の周辺プラズマ１ｂやダイバータ・プラズマ１ｃのそれ
ぞれの領域に注入され、この時の不純物ガスによる輻射
により、流入パワーが制御され、ダイバータ装置３のタ
ーゲット板４の熱負荷が制御される。
【００３６】この場合の制御用ガスは、ダイバータ熱負
荷の制御やプラズマ異常時のダイバータ・プラズマ冷却
やプラズマ緊急停止などの目的に応じて、複数種類の不
純物ガスを保持した不純物ガス保持装置１１の種々の不
純物ガスをガス・リザーバー１２により所定の比率で混
合することにより生成される。
荷の制御やプラズマ異常時のダイバータ・プラズマ冷却
やプラズマ緊急停止などの目的に応じて、複数種類の不
純物ガスを保持した不純物ガス保持装置１１の種々の不
純物ガスをガス・リザーバー１２により所定の比率で混
合することにより生成される。
【００３７】ちなみに、図２は、典型的なトカマク核融
合炉の設計例である国際熱核融合実験炉ITERにおいて、
核融合出力が１．５ＧＷで一定の場合に、炉心プラズマ
の境界であるセパラトリックス磁気面５上でのプラズマ
密度ｎｓとダイバータ装置内のターゲット板４上でのピ
ーク熱負荷の関係をシミュレーション計算により求めた
結果を示したものである。図には周辺プラズマ中の１一
種類の不純物原子（アルゴン：Ａｒ）の割合を変化させ
たときの結果を同時に示してある。図において、不純物
原子が存在しない場合（Ａｒ＝０．０％）に注目する
と、核融合出力が一定、すなわち周辺プラズマ領域に流
入するパワーが変化しない場合でも、セパラトリックス
密度ｎｓが大きくなるにしたがってピーク熱負荷が低下
していく様子がわかる。これは逆に核融合出力が一定で
変化しない場合でも、何等かの原因で周辺プラズマ密度
が低下した場合にダイバータ熱負荷が増加して機器が損
傷する可能性があることを示している。
合炉の設計例である国際熱核融合実験炉ITERにおいて、
核融合出力が１．５ＧＷで一定の場合に、炉心プラズマ
の境界であるセパラトリックス磁気面５上でのプラズマ
密度ｎｓとダイバータ装置内のターゲット板４上でのピ
ーク熱負荷の関係をシミュレーション計算により求めた
結果を示したものである。図には周辺プラズマ中の１一
種類の不純物原子（アルゴン：Ａｒ）の割合を変化させ
たときの結果を同時に示してある。図において、不純物
原子が存在しない場合（Ａｒ＝０．０％）に注目する
と、核融合出力が一定、すなわち周辺プラズマ領域に流
入するパワーが変化しない場合でも、セパラトリックス
密度ｎｓが大きくなるにしたがってピーク熱負荷が低下
していく様子がわかる。これは逆に核融合出力が一定で
変化しない場合でも、何等かの原因で周辺プラズマ密度
が低下した場合にダイバータ熱負荷が増加して機器が損
傷する可能性があることを示している。
【００３８】そこで、周辺プラズマ中にアルゴン原子を
０．５％（Ａｒ＝０．５％）および１％（Ａｒ＝１．０
％）をそれぞれ混入した場合について調べたところ、同
図に示すように周辺プラズマ密度が一定でも不純物の混
入率が大きくなるほど急激に熱負荷が低下することが確
認された。また、クリプトンやキセノンなど、さらに原
子番号の大きな不純物原子の場合はさらに小量の不純物
で熱負荷が減少する。これは、ダイバータ装置の熱負荷
は微量の不純物原子で大きく変化することを意味してお
り、機器の健全な運転の観点から不純物量の精度の高い
調節が重要であることを意味している。このためには冷
却性能の高い不純物ガスを直接に微量を注入するのでは
なく、不純物ガスを例えば水素ガスやヘリウム・ガスで
希釈するなどして不純物濃度を調節して注入することが
有効である。例えば、１％のアルゴン・ガスを注入する
代わりに、ヘリウム・ガスで１０％に希釈したアルゴン
・ガスを周辺プラズマ領域の密度の１０％まで注入する
ことにより、１％のアルゴン・ガスを精度よく注入する
ことができる。
０．５％（Ａｒ＝０．５％）および１％（Ａｒ＝１．０
％）をそれぞれ混入した場合について調べたところ、同
図に示すように周辺プラズマ密度が一定でも不純物の混
入率が大きくなるほど急激に熱負荷が低下することが確
認された。また、クリプトンやキセノンなど、さらに原
子番号の大きな不純物原子の場合はさらに小量の不純物
で熱負荷が減少する。これは、ダイバータ装置の熱負荷
は微量の不純物原子で大きく変化することを意味してお
り、機器の健全な運転の観点から不純物量の精度の高い
調節が重要であることを意味している。このためには冷
却性能の高い不純物ガスを直接に微量を注入するのでは
なく、不純物ガスを例えば水素ガスやヘリウム・ガスで
希釈するなどして不純物濃度を調節して注入することが
有効である。例えば、１％のアルゴン・ガスを注入する
代わりに、ヘリウム・ガスで１０％に希釈したアルゴン
・ガスを周辺プラズマ領域の密度の１０％まで注入する
ことにより、１％のアルゴン・ガスを精度よく注入する
ことができる。
【００３９】また、図３は、いろいろな種類の不純物ガ
スの原子１個あたりの放射冷却パワーの電子温度依存性
を周囲にあるプラズマ電子１個あたりの値（放射冷却
率）で示したものである。図中、Ａｒはアルゴン・ガ
ス、Ｋｒはクリプトン・ガス、Ｘｅはキセノン・ガス、
Ａｒ＋Ｋｒ＋Ｘｅは、これらの混合ガスである。そし
て、この図からわかるように単一種類のガスの冷却パワ
ーは、原子核周辺の電子の状態に依存するため、電子温
度によって大きく変化してしまい、このため、不純物ガ
スをプラズマ中に注入した場合、プラズマ温度が低下す
ると冷却率が増加してさらにプラズマ温度が低下する場
合、あるいはその逆の場合があり、一種の不安定性を示
す可能性が高い。そこで、アルゴン（Ａｒ）とクリプト
ン（Ｋｒ）とキセノン（Ｘｅ）を適当な比率で均一に混
合させた場合（図中Ａｒ＋Ｋｒ＋Ｘｅで示した線）、広
い温度範囲において放射冷却率の温度依存性がおおむね
平坦、または単純増加するようになる。この場合、アル
ゴン・ガスの分量１に対してクリプトン・ガスを０．
２、キセノン・ガスを０，３の割合で混合したガスに対
する冷却率を示しているが、多数の不純物ガスを組み合
わせることで冷却率が所定の温度依存性を持つようにす
ることができる。このような不純物ガスを用いると前述
のような不安定性が発生しないためダイバータ熱負荷の
制御性が改善される。また、従来の技術ではダイバータ
・プラズマの温度によって適当なガスを撰択する必要が
あったが、このような混合ガスであればダイバータ・プ
ラズマの温度によらず使用することができて都合がよ
い。
スの原子１個あたりの放射冷却パワーの電子温度依存性
を周囲にあるプラズマ電子１個あたりの値（放射冷却
率）で示したものである。図中、Ａｒはアルゴン・ガ
ス、Ｋｒはクリプトン・ガス、Ｘｅはキセノン・ガス、
Ａｒ＋Ｋｒ＋Ｘｅは、これらの混合ガスである。そし
て、この図からわかるように単一種類のガスの冷却パワ
ーは、原子核周辺の電子の状態に依存するため、電子温
度によって大きく変化してしまい、このため、不純物ガ
スをプラズマ中に注入した場合、プラズマ温度が低下す
ると冷却率が増加してさらにプラズマ温度が低下する場
合、あるいはその逆の場合があり、一種の不安定性を示
す可能性が高い。そこで、アルゴン（Ａｒ）とクリプト
ン（Ｋｒ）とキセノン（Ｘｅ）を適当な比率で均一に混
合させた場合（図中Ａｒ＋Ｋｒ＋Ｘｅで示した線）、広
い温度範囲において放射冷却率の温度依存性がおおむね
平坦、または単純増加するようになる。この場合、アル
ゴン・ガスの分量１に対してクリプトン・ガスを０．
２、キセノン・ガスを０，３の割合で混合したガスに対
する冷却率を示しているが、多数の不純物ガスを組み合
わせることで冷却率が所定の温度依存性を持つようにす
ることができる。このような不純物ガスを用いると前述
のような不安定性が発生しないためダイバータ熱負荷の
制御性が改善される。また、従来の技術ではダイバータ
・プラズマの温度によって適当なガスを撰択する必要が
あったが、このような混合ガスであればダイバータ・プ
ラズマの温度によらず使用することができて都合がよ
い。
【００４０】従って、このようにすれば、核融合出力な
どの炉心プラズマ・パラメータに加えて、セパラトリッ
クス磁気面５近傍のプラズマ温度およびプラズマ密度を
測定し、これらの信号に基づいて不純物ガスを周辺プラ
ズマ領域またはダイバータ・プラズマ領域に注入して周
辺プラズマ領域のパラメータを適正な範囲に制御するこ
とにより、ダイバータ熱負荷、つまりダイバータ装置で
のターゲット板４の熱負荷を適正な範囲に維持すること
ができる。また、不純物ガスをヘリウム・ガス等で希釈
することで精度よく不純物を注入することができ、さら
に、これら不純物ガスを適当な比率で混合することによ
り冷却特性を改善することができる。
どの炉心プラズマ・パラメータに加えて、セパラトリッ
クス磁気面５近傍のプラズマ温度およびプラズマ密度を
測定し、これらの信号に基づいて不純物ガスを周辺プラ
ズマ領域またはダイバータ・プラズマ領域に注入して周
辺プラズマ領域のパラメータを適正な範囲に制御するこ
とにより、ダイバータ熱負荷、つまりダイバータ装置で
のターゲット板４の熱負荷を適正な範囲に維持すること
ができる。また、不純物ガスをヘリウム・ガス等で希釈
することで精度よく不純物を注入することができ、さら
に、これら不純物ガスを適当な比率で混合することによ
り冷却特性を改善することができる。
【００４１】なお、上述した実施の形態では、注入する
不純物はガス状のものの場合を述べたが、ガス状である
必要はなく、２種類以上の不純物ガスを液体化または固
体化したものを用いてもよい。こうすれば、注入場所を
より正確に選択することができる。また、液体の場合に
はガスの場合と同じように混合することができるが、固
体の場合には完全に均一に混合できない。この場合は顆
粒状にしてできるだけ均一に混ぜ合わせるか、あるいは
図４に示すように２種類以上の不純物２０、２１、２２
を多層状に被覆した球形の混合不純物ペレット１９を用
いてもよい。図４の混合不純物ペレット１９では３種類
の不純物を球形に多層状に被覆した例であるが、ペレッ
トの形状は例えば円筒形や立方体でもかまわない。
不純物はガス状のものの場合を述べたが、ガス状である
必要はなく、２種類以上の不純物ガスを液体化または固
体化したものを用いてもよい。こうすれば、注入場所を
より正確に選択することができる。また、液体の場合に
はガスの場合と同じように混合することができるが、固
体の場合には完全に均一に混合できない。この場合は顆
粒状にしてできるだけ均一に混ぜ合わせるか、あるいは
図４に示すように２種類以上の不純物２０、２１、２２
を多層状に被覆した球形の混合不純物ペレット１９を用
いてもよい。図４の混合不純物ペレット１９では３種類
の不純物を球形に多層状に被覆した例であるが、ペレッ
トの形状は例えば円筒形や立方体でもかまわない。
【００４２】図５は、このような固体化された不純物を
入射する場合の具体例を示すもので、図１と同一部分に
は、同符号を付している。この場合、不純物ガス保持装
置１１の種々の不純物ガスをガス混合装置２３によって
適当な比率の混合ガスを生成し、冷却装置２４で冷却し
て液化もしくは固体化する。固体ペレットの場合は不純
物ペレット保存装置２５に保持しておき不純物ペレット
入射装置２６により周辺プラズマ領域に注入する。ダイ
バータ装置のプラズマ温度は炉心プラズマに比べてはる
かに低いため、炉心への燃料供給用ペレットや緊急停止
用のペレットの入射装置に比べて低速度で投入できるの
で投入装置を簡易的なものにできる利点がある。
入射する場合の具体例を示すもので、図１と同一部分に
は、同符号を付している。この場合、不純物ガス保持装
置１１の種々の不純物ガスをガス混合装置２３によって
適当な比率の混合ガスを生成し、冷却装置２４で冷却し
て液化もしくは固体化する。固体ペレットの場合は不純
物ペレット保存装置２５に保持しておき不純物ペレット
入射装置２６により周辺プラズマ領域に注入する。ダイ
バータ装置のプラズマ温度は炉心プラズマに比べてはる
かに低いため、炉心への燃料供給用ペレットや緊急停止
用のペレットの入射装置に比べて低速度で投入できるの
で投入装置を簡易的なものにできる利点がある。
【００４３】また、図６は、本発明のダイバータ制御装
置をトーラス周方向に多数設けた例を示すもので、図１
と同一部分には同符号を付している。この例ではドーナ
ツ型の真空容器２の周囲に多数の周辺プラズマ・パラメ
ータ測定器９および制御ガス注入装置１３が設けられて
おり、炉心プラズマ１ａの周辺の全領域に均一にガスを
注入できるようになっている。
置をトーラス周方向に多数設けた例を示すもので、図１
と同一部分には同符号を付している。この例ではドーナ
ツ型の真空容器２の周囲に多数の周辺プラズマ・パラメ
ータ測定器９および制御ガス注入装置１３が設けられて
おり、炉心プラズマ１ａの周辺の全領域に均一にガスを
注入できるようになっている。
【００４４】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を、図１と同一部分には、同符号を付して
示す図７に従い説明する。
の実施の形態を、図１と同一部分には、同符号を付して
示す図７に従い説明する。
【００４５】ところで、核融合出力が一定であってもプ
ラズマ周辺領域の密度分布が変化してセパラトリックス
密度が低下すると、ダイバータ装置でのプラズマ温度が
増加し、ターゲット板の熱負荷が危険な状態まで上昇す
ることがある。
ラズマ周辺領域の密度分布が変化してセパラトリックス
密度が低下すると、ダイバータ装置でのプラズマ温度が
増加し、ターゲット板の熱負荷が危険な状態まで上昇す
ることがある。
【００４６】そこで、この第２の実施の形態は、このよ
うな場合にも対応できる具体的な例を示している。
うな場合にも対応できる具体的な例を示している。
【００４７】この場合、真空容器２周囲には、周辺プラ
ズマ・パラメータ測定器９の他に、核融合出力を測定す
る中性子モニター２７と静電プローブ等の測定素子２
８、２９が配置されている。測定素子２８、２９は、中
性子モニター２７を介して測定核融合出力測定装置３０
で測定される核融合出力が一定である場合でも、これら
の出力信号から計測データ処理装置３１および３２を用
いてセパラトリックス磁気面近傍のプラズマ温度および
密度をモニターし周辺プラズマ・パラメータの変化を検
知できるようにしている。この場合、プラズマ密度の測
定には、マイクロ波やレーザー等を用いることもでき
る。
ズマ・パラメータ測定器９の他に、核融合出力を測定す
る中性子モニター２７と静電プローブ等の測定素子２
８、２９が配置されている。測定素子２８、２９は、中
性子モニター２７を介して測定核融合出力測定装置３０
で測定される核融合出力が一定である場合でも、これら
の出力信号から計測データ処理装置３１および３２を用
いてセパラトリックス磁気面近傍のプラズマ温度および
密度をモニターし周辺プラズマ・パラメータの変化を検
知できるようにしている。この場合、プラズマ密度の測
定には、マイクロ波やレーザー等を用いることもでき
る。
【００４８】このような構成によれば、炉心プラズマ１
ａの閉じ込めモードが変化すると、核融合出力が一定で
あってもプラズマ周辺領域の密度分布が変化してセパラ
トリックス磁気面５近傍の密度が低下することがある
が、この状態で、測定素子２８および２９からの出力信
号が計測データ処理装置３１および３２に送られ、周辺
プラズマ・パラメータの変化が検知される。
ａの閉じ込めモードが変化すると、核融合出力が一定で
あってもプラズマ周辺領域の密度分布が変化してセパラ
トリックス磁気面５近傍の密度が低下することがある
が、この状態で、測定素子２８および２９からの出力信
号が計測データ処理装置３１および３２に送られ、周辺
プラズマ・パラメータの変化が検知される。
【００４９】そして、これら周辺プラズマ・パラメータ
は、データ処理用計算機３３に送られ、密度低下を補う
のに必要な不純物ガス供給量が計算され、この計算結果
が制御装置１０に送られる。これにより、制御装置１０
より弁開閉駆動装置１４を介して不純物ガス弁１５が開
放され、不純物ガス保持装置１１より制御ガス注入装置
１３を介して真空容器２内部のダイバータ・プラズマ１
ｃの領域に不純物ガスが注入される。
は、データ処理用計算機３３に送られ、密度低下を補う
のに必要な不純物ガス供給量が計算され、この計算結果
が制御装置１０に送られる。これにより、制御装置１０
より弁開閉駆動装置１４を介して不純物ガス弁１５が開
放され、不純物ガス保持装置１１より制御ガス注入装置
１３を介して真空容器２内部のダイバータ・プラズマ１
ｃの領域に不純物ガスが注入される。
【００５０】図８はダイバータ・プラズマ１ｃの領域に
不純物ガスを注入した場合のダイバータ熱負荷の時間変
化に対するシミュレーション結果を示すもので、ここで
は、ITER装置において核融合出力が１．５ＧＷで一定、
炉心プラズマの平均密度＜ｎ＞も１．１×１０２０／ｍ
３で一定の状態から、セパラトリックス磁気面５の密度
ｎｓが図中５秒の時点から減少したような場合に、ダイ
バータ領域にアルゴン（Ａｒ）不純物を注入してダイバ
ータ熱負荷ＷＤＩＶを制御した例を示している。この場
合、初期において電子密度に対する比率で０．２％含ま
れていたＡｒの密度を最大で０．９％まで増加させるこ
とによってダイバータ熱負荷を１０ＭＷ／ｍ２以下に制
御できることがわかる。
不純物ガスを注入した場合のダイバータ熱負荷の時間変
化に対するシミュレーション結果を示すもので、ここで
は、ITER装置において核融合出力が１．５ＧＷで一定、
炉心プラズマの平均密度＜ｎ＞も１．１×１０２０／ｍ
３で一定の状態から、セパラトリックス磁気面５の密度
ｎｓが図中５秒の時点から減少したような場合に、ダイ
バータ領域にアルゴン（Ａｒ）不純物を注入してダイバ
ータ熱負荷ＷＤＩＶを制御した例を示している。この場
合、初期において電子密度に対する比率で０．２％含ま
れていたＡｒの密度を最大で０．９％まで増加させるこ
とによってダイバータ熱負荷を１０ＭＷ／ｍ２以下に制
御できることがわかる。
【００５１】この場合、１種類の不純物を単独で注入す
るという方法では、不純物濃度を所定の値に調整するこ
とは困難であるが、不純物ガスをヘリウム・ガス等で希
釈して混合ガスの流量と混合比を制御することにより不
純物濃度の制御を容易に行なうことができる。また、２
種類以上の不純物ガスを空間的に異なる場所に投入する
ことにより、より細かな制御を行うことができる。さら
に、核融合出力の異常増加時や周辺プラズマ密度の低下
時等に不純物ガスを混合して周辺プラズマ１ｂの領域や
ダイバータ・プラズマ１ｃの領域に注入することによ
り、放射パワー損失によって熱を分散させターゲット板
４のピーク熱負荷の増加を抑制することもできる。
るという方法では、不純物濃度を所定の値に調整するこ
とは困難であるが、不純物ガスをヘリウム・ガス等で希
釈して混合ガスの流量と混合比を制御することにより不
純物濃度の制御を容易に行なうことができる。また、２
種類以上の不純物ガスを空間的に異なる場所に投入する
ことにより、より細かな制御を行うことができる。さら
に、核融合出力の異常増加時や周辺プラズマ密度の低下
時等に不純物ガスを混合して周辺プラズマ１ｂの領域や
ダイバータ・プラズマ１ｃの領域に注入することによ
り、放射パワー損失によって熱を分散させターゲット板
４のピーク熱負荷の増加を抑制することもできる。
【００５２】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態を、図１と同一部分には、同符号を付して
示す図９に従い説明する。
の実施の形態を、図１と同一部分には、同符号を付して
示す図９に従い説明する。
【００５３】この場合、真空容器２の周面には、多数の
周辺プラズマ・パラメータ測定器９と制御ガス注入装置
１３が設けられ、周辺プラズマ・パラメータ測定器９に
よりプラズマ異常が検出された場合に、制御装置１０を
用いてガス・リザーバー１２から多数の制御ガス注入装
置１３を介して大量のヘリウム・ガスなどの不純物ガス
を注入可能にしている。なお、図面中の点線は信号の流
れを、太い実線は不純物ガス等の流れを示す。
周辺プラズマ・パラメータ測定器９と制御ガス注入装置
１３が設けられ、周辺プラズマ・パラメータ測定器９に
よりプラズマ異常が検出された場合に、制御装置１０を
用いてガス・リザーバー１２から多数の制御ガス注入装
置１３を介して大量のヘリウム・ガスなどの不純物ガス
を注入可能にしている。なお、図面中の点線は信号の流
れを、太い実線は不純物ガス等の流れを示す。
【００５４】このようにすれば、真空容器２内部の周辺
プラズマ１ｂやダイバータ・プラズマ１ｃのそれぞれの
領域において、周辺プラズマ・パラメータが変化する
と、大量の不純物ガスを注入できるので、高温プラズマ
や高エネルギーの電子などが真空容器２の内壁に接触す
ることを防止でき、さらに安定した制御を行なうことが
できる。
プラズマ１ｂやダイバータ・プラズマ１ｃのそれぞれの
領域において、周辺プラズマ・パラメータが変化する
と、大量の不純物ガスを注入できるので、高温プラズマ
や高エネルギーの電子などが真空容器２の内壁に接触す
ることを防止でき、さらに安定した制御を行なうことが
できる。
【００５５】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態を、図１と同一部分には、同符号を付して
示す図１０に従い説明する。
の実施の形態を、図１と同一部分には、同符号を付して
示す図１０に従い説明する。
【００５６】この場合、図１０は、ダイバータ制御装置
を設けた核融合炉において制御ガス注入装置を磁気中性
点付近に設けた場合の概念図を示している。なお、図面
中の点線はセパラトリックス磁気面上の磁力線１１８を
示している。
を設けた核融合炉において制御ガス注入装置を磁気中性
点付近に設けた場合の概念図を示している。なお、図面
中の点線はセパラトリックス磁気面上の磁力線１１８を
示している。
【００５７】ここでの磁力線１１８は磁気面上をらせん
状に取り巻いているが、磁気中性点付近ではほとんど副
軸方向（トーラス大円方向）を向いており、このような
磁場の構造のために不純物を注入する位置によりダイバ
ータ・プラズマに対する冷却特性が大きく異なる。そし
て、プラズマ１中に注入された不純物ガスは中性原子の
うちは自由に拡散するが、イオン化すると磁力線１１８
に沿って動きやすい。また、磁力線１１８に沿って炉心
プラズマからターゲット板４へのプラズマの流れがある
ため、ターゲット板４付近に注入された不純物は磁気中
性点８に届きにくい。さらに、磁気中性点８付近では磁
力線が副軸方向（トーラス大円方向）に向いているた
め、この付近に注入された不純物はトーラス大円方向に
一様に広がりやすいが、ターゲット板４付近に注入され
た不純物はトーラス大円方向の一部分にのみ集中しやす
く、ダイバータ・プラズマの冷却が不均一になりやす
い。
状に取り巻いているが、磁気中性点付近ではほとんど副
軸方向（トーラス大円方向）を向いており、このような
磁場の構造のために不純物を注入する位置によりダイバ
ータ・プラズマに対する冷却特性が大きく異なる。そし
て、プラズマ１中に注入された不純物ガスは中性原子の
うちは自由に拡散するが、イオン化すると磁力線１１８
に沿って動きやすい。また、磁力線１１８に沿って炉心
プラズマからターゲット板４へのプラズマの流れがある
ため、ターゲット板４付近に注入された不純物は磁気中
性点８に届きにくい。さらに、磁気中性点８付近では磁
力線が副軸方向（トーラス大円方向）に向いているた
め、この付近に注入された不純物はトーラス大円方向に
一様に広がりやすいが、ターゲット板４付近に注入され
た不純物はトーラス大円方向の一部分にのみ集中しやす
く、ダイバータ・プラズマの冷却が不均一になりやす
い。
【００５８】そこで、局所的にダイバータ・プラズマ１
ｃを冷却する場合は、プラズマ温度が高い部分に不純物
ガスなどを注入すればよいが、プラズマ異常時などに炉
心全体を冷却したり、プラズマを緊急停止する場合には
磁気中性点８付近への不純物ガスなどの注入を行うよう
にする。
ｃを冷却する場合は、プラズマ温度が高い部分に不純物
ガスなどを注入すればよいが、プラズマ異常時などに炉
心全体を冷却したり、プラズマを緊急停止する場合には
磁気中性点８付近への不純物ガスなどの注入を行うよう
にする。
【００５９】従って、このようにすれば、何等かの異常
によりダイバータ熱負荷が過度に増加するなどして、炉
心プラズマの核燃焼を緊急に停止する必要が生じたよう
な場合に、ヘリウム・ガスなどの不純物を周辺プラズマ
領域や磁気中性点付近のダイバータ・プラズマ中に注入
することにより、高温プラズマや高エネルギー粒子が真
空容器の内壁に触れることを未然に防止できるととも
に、ダイバータ・プラズマを冷却することによりダイバ
ータ熱負荷の異常増加を防ぐことができるなど、状況に
応じた効率的な制御を実現できる。
によりダイバータ熱負荷が過度に増加するなどして、炉
心プラズマの核燃焼を緊急に停止する必要が生じたよう
な場合に、ヘリウム・ガスなどの不純物を周辺プラズマ
領域や磁気中性点付近のダイバータ・プラズマ中に注入
することにより、高温プラズマや高エネルギー粒子が真
空容器の内壁に触れることを未然に防止できるととも
に、ダイバータ・プラズマを冷却することによりダイバ
ータ熱負荷の異常増加を防ぐことができるなど、状況に
応じた効率的な制御を実現できる。
【００６０】なお、図１１は不純物を磁気中性点付近に
正確に注入するため、不純物注入装置１１３を磁気中性
点８の下方に設けた具体例を示すもので、図１０と同一
部分には、同符号を付している。このようにすれば、不
純物注入弁１１７を開閉制御することにより、不純物注
入装置１１３から磁気中性点８の付近に不純物を正確に
注入することができる。
正確に注入するため、不純物注入装置１１３を磁気中性
点８の下方に設けた具体例を示すもので、図１０と同一
部分には、同符号を付している。このようにすれば、不
純物注入弁１１７を開閉制御することにより、不純物注
入装置１１３から磁気中性点８の付近に不純物を正確に
注入することができる。
【００６１】また、図１２も不純物を磁気中性点付近に
正確に注入するため、不純物注入装置１１３を磁気中性
点８の側方に設けた具体例を示すもので、図１０と同一
部分には、同符号を付している。このようにしても、不
純物注入弁１１７を開閉制御することにより、不純物注
入装置１１３から磁気中性点８の付近に不純物を正確に
注入することができる。
正確に注入するため、不純物注入装置１１３を磁気中性
点８の側方に設けた具体例を示すもので、図１０と同一
部分には、同符号を付している。このようにしても、不
純物注入弁１１７を開閉制御することにより、不純物注
入装置１１３から磁気中性点８の付近に不純物を正確に
注入することができる。
【００６２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、核
融合出力が異常に上昇した場合は勿論、核融合出力は増
加しないが周辺プラズマの状態が変化することによりダ
イバータ熱負荷が増加したときにもダイバータ熱負荷を
容易に正確に制御することができる。また、注入ガスに
ヘリウム・ガスまたは水素ガスで希釈した不純物ガスを
用いることによって制御性が改善される。さらに、不純
物ガスを適切な比率で混合したガスを注入することによ
って、ダイバータ・プラズマの温度にかかわらず良好な
制御が可能になる。
融合出力が異常に上昇した場合は勿論、核融合出力は増
加しないが周辺プラズマの状態が変化することによりダ
イバータ熱負荷が増加したときにもダイバータ熱負荷を
容易に正確に制御することができる。また、注入ガスに
ヘリウム・ガスまたは水素ガスで希釈した不純物ガスを
用いることによって制御性が改善される。さらに、不純
物ガスを適切な比率で混合したガスを注入することによ
って、ダイバータ・プラズマの温度にかかわらず良好な
制御が可能になる。
【００６３】一方、周辺プラズマ密度を計測しているた
めプラズマ異常時に迅速に応答することができ、周辺プ
ラズマ領域にヘリウム・ガスや水素ガスを注入して高温
プラズマや高エネルギー粒子が容器の壁に接触すること
を避けることができる。また、磁気中性点付近に不純物
ガスを注入することにより、プラズマを均一に冷却する
ことができ、確実にダイバータ熱負荷を低下させること
ができる。この場合、不純物の固体ペレットを用いるこ
ともできるが、ダイバータ領域に入射することにより、
炉心プラズマに入射する場合に比べて入射装置も簡略化
できるという利点がある。
めプラズマ異常時に迅速に応答することができ、周辺プ
ラズマ領域にヘリウム・ガスや水素ガスを注入して高温
プラズマや高エネルギー粒子が容器の壁に接触すること
を避けることができる。また、磁気中性点付近に不純物
ガスを注入することにより、プラズマを均一に冷却する
ことができ、確実にダイバータ熱負荷を低下させること
ができる。この場合、不純物の固体ペレットを用いるこ
ともできるが、ダイバータ領域に入射することにより、
炉心プラズマに入射する場合に比べて入射装置も簡略化
できるという利点がある。
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す
図。
図。
【図２】第１の実施の形態を説明するためのセパラトリ
ックス密度とダイバータ装置のピーク熱負荷の関係を示
す図。
ックス密度とダイバータ装置のピーク熱負荷の関係を示
す図。
【図３】第１の実施の形態を説明するための不純物原子
１個あたりの冷却率のプラズマ電子温度に対する依存性
を示す図。
１個あたりの冷却率のプラズマ電子温度に対する依存性
を示す図。
【図４】第１の実施の形態の他の例として不純物を固体
化したものを多層状に被覆したペレットの概念を示す
図。
化したものを多層状に被覆したペレットの概念を示す
図。
【図５】第１の実施の形態の他の例として固体化した不
純物ペレットを注入するダイバータ制御装置を概念的に
示す図。
純物ペレットを注入するダイバータ制御装置を概念的に
示す図。
【図６】第１の実施の形態の他の例としてダイバータ制
御装置をトーラス方向に多数設けた例を示す図。
御装置をトーラス方向に多数設けた例を示す図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。
図。
【図８】第２の実施の形態を説明するためのセパラトリ
ックス密度が変化したときにアルゴン不純物を注入する
ことによりダイバータ熱負荷の制御を行った例を示す
図。
ックス密度が変化したときにアルゴン不純物を注入する
ことによりダイバータ熱負荷の制御を行った例を示す
図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す
図。
図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態を説明する炉心プ
ラズマのセパラトリックス磁気面上の磁力線を模式的に
示す図。
ラズマのセパラトリックス磁気面上の磁力線を模式的に
示す図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の他の例を説明す
るための磁気中性点に下方から不純物を入射するダイバ
ータ制御装置の一実施例を模式的に示す図。
るための磁気中性点に下方から不純物を入射するダイバ
ータ制御装置の一実施例を模式的に示す図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の他の例を説明す
るための磁気中性点に側面から不純物を入射するダイバ
ータ制御装置の一実施例を模式的に示す図。
るための磁気中性点に側面から不純物を入射するダイバ
ータ制御装置の一実施例を模式的に示す図。
１…プラズマ １ａ…炉心プラズマ １ｂ…周辺プラズマ １ｃ…ダイバータ・プラズマ ２…真空容器 ３…ダイバータ装置 ４…ターゲット板 ５…セパラトリックス磁気面 ８…磁気中性点 ９…周辺プラズマ・パラメータ測定器 １０…制御装置 １１…不純物ガス保持装置 １２…ガス・リザーバー １３…制御ガス注入装置 １４…弁開閉駆動装置 １５…不純物ガス弁 １６…弁開閉駆動装置 １７…混合ガス注入弁 １１８…磁力線 １８…混合ガス注入弁 １９…混合不純物ペレット ２０．２１．２２…不純物 ２３…ガス混合装置 ２４…冷却装置 ２５…不純物ペレット保存装置 ２６…不純物ペレット入射装置 ２７…中性子モニター ２８．２９…測定素子 ３０…核融合出力測定装置 ３１、３２…計測データ処理装置 ３３…データ処理用計算機 １１３…不純物注入装置 １１７…不純物注入弁
Claims (10)
- 【請求項１】 ダイバータ装置を有する核融合炉内部の
少なくともセパラトリックス磁気面近傍の物理的な周辺
プラズマ・パラメータを測定する周辺プラズマ・パラメ
ータ測定手段と、 この周辺プラズマ・パラメータ測定手段の測定出力に応
じて前記核融合炉内部に不純物を注入し、前記セパラト
リックス磁気面近傍のプラズマ密度を制御する制御手段
とを具備したことを特徴とする核融合炉のダイバータ制
御装置。 - 【請求項２】 前記核融合炉内部に注入される不純物
は、不純物ガスからなり、該不純物ガスの輻射によりダ
イバータ装置の熱負荷を制御することを特徴とする請求
項１記載の核融合炉のダイバータ制御装置。 - 【請求項３】 前記不純物ガスは、あらかじめ水素ガス
またはヘリウム・ガスで希釈して注入することを特徴と
する請求項２記載の核融合炉のダイバータ制御装置。 - 【請求項４】 前記不純物ガスは、水素ガスまたはヘリ
ウム・ガスによる不純物濃度を調節して注入することを
特徴とする請求項３記載の核融合炉のダイバータ制御装
置。 - 【請求項５】 前記不純物ガスは、少なくとも２種類以
上の不純物ガスを注入することを特徴とする請求項２記
載の核融合炉のダイバータ制御装置。 - 【請求項６】 不純物ガスとしてヘリウム、ネオン、ア
ルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、炭化水素化合物
のうち少なくとも２種類以上のガスを用いることを特徴
とする請求項５記載の核融合炉のダイバータ制御装置。 - 【請求項７】 前記少なくとも２種類以上の不純物ガス
は、あらかじめ適当な比率で混合したものからなること
を特徴とする請求項５記載の核融合炉のダイバータ制御
装置。 - 【請求項８】 前記核融合炉内部に注入される不純物
は、２種類以上の不純物ガスを混合させて液体化または
固体化したもの、または固体化した２種類以上の不純物
ガスを均一に混合したもの、もしくは多層状に被覆した
ものからなることを特徴とする請求項２記載の核融合炉
のダイバータ制御装置。 - 【請求項９】 少なくとも２種類以上の不純物は、所定
の温度範囲において、放射冷却率の温度依存性が平坦、
もしくは単調増加になるような割合で混合したことを特
徴とする請求項８記載の核融合炉のダイバータ制御装
置。 - 【請求項１０】 前記核融合炉内部の炉心プラズマの表
面付近において、磁力線がトーラスの大円方向に向いて
いる磁気中性点の近傍に、１種類以上の不純物を注入す
ることを特徴とする請求項１記載の核融合炉のダイバー
タ制御装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000006705A JP3822407B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 核融合炉のダイバータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000006705A JP3822407B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 核融合炉のダイバータ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001194477A true JP2001194477A (ja) | 2001-07-19 |
| JP3822407B2 JP3822407B2 (ja) | 2006-09-20 |
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ID=18535193
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000006705A Expired - Fee Related JP3822407B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 核融合炉のダイバータ制御装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3822407B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106952671A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-14 | 哈尔滨工业大学 | 佳拉洁雅磁阱结构下测量等离子体时间参数的装置及方法 |
| CN112783033A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-11 | 核工业西南物理研究院 | 磁约束核聚变等离子体边缘局域模实时控制系统及方法 |
| CN114974618A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-08-30 | 核工业西南物理研究院 | 一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器 |
| WO2023033993A1 (en) * | 2021-08-30 | 2023-03-09 | Wisconsin Alumni Research Foundation | High-energy plasma generator with permanent magnet divertor |
-
2000
- 2000-01-14 JP JP2000006705A patent/JP3822407B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US11923095B2 (en) | 2021-08-30 | 2024-03-05 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Plasma generator with permanent magnet divertor |
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