JP2533552B2 - プラズマ実験装置 - Google Patents
プラズマ実験装置Info
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
- G21B1/05—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement
- G21B1/052—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement reversed field configuration
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、核融合実験等に用いられるプラズマ実験
装置に関し、特に、トロイダルコイルにAC電流を流す形
式のトロイダル装置の消費電力を節減可能なプラズマ実
験装置に関するものである。
装置に関し、特に、トロイダルコイルにAC電流を流す形
式のトロイダル装置の消費電力を節減可能なプラズマ実
験装置に関するものである。
［従来の技術］ 第４図は、例えばシマダ他（T.Shimada et al.）によ
る「核融合技術（Fusion Technologies）」（1986年、
第１巻）の第665〜672頁に記載された、逆転磁場ピンチ
（Reversed Field Pinch:以下、RFPという）と呼ばれる
従来のプラズマ実験装置の概略を示す断面図である。
る「核融合技術（Fusion Technologies）」（1986年、
第１巻）の第665〜672頁に記載された、逆転磁場ピンチ
（Reversed Field Pinch:以下、RFPという）と呼ばれる
従来のプラズマ実験装置の概略を示す断面図である。
図において、（１）はＺ軸の回りに軸対称に生成され
るプラズマであり、このプラズマ（１）により流れるプ
ラズマ電流Ipの方向は、Ｚ軸を中心としたψ方向であ
り、γ軸方向に等距離のドーナツ状となっている。
るプラズマであり、このプラズマ（１）により流れるプ
ラズマ電流Ipの方向は、Ｚ軸を中心としたψ方向であ
り、γ軸方向に等距離のドーナツ状となっている。
（２）はプラズマ（１）を取り囲むドーナツ状の真空
容器、（３）は真空容器（２）を更に被覆してプラズマ
（１）を安定させるためのドーナツ状のシェル、（５）
はプラズマ（１）に沿ったψ方向の磁場を発生してプラ
ズマ（１）を完全に安定させるトロイダルコイルであ
る。
容器、（３）は真空容器（２）を更に被覆してプラズマ
（１）を安定させるためのドーナツ状のシェル、（５）
はプラズマ（１）に沿ったψ方向の磁場を発生してプラ
ズマ（１）を完全に安定させるトロイダルコイルであ
る。
（６）はＺ軸方向の磁場を発生してψ方向の電流を生
成するための複数のOH（Ohmic Heating,抵抗加熱）コイ
ルであり、これらOHコイル（６）は電気的に直列に接続
されている。又、OHコイル（６）は、プラズマ電流IPと
トランス結合しており、一次コイルとも呼ばれている。
成するための複数のOH（Ohmic Heating,抵抗加熱）コイ
ルであり、これらOHコイル（６）は電気的に直列に接続
されている。又、OHコイル（６）は、プラズマ電流IPと
トランス結合しており、一次コイルとも呼ばれている。
（７）及び（８）はプラズマ（１）の水平及び垂直方
向の電磁バランスをとるための垂直磁場コイルであり、
内側の垂直磁場コイル（７）及び外側の垂直磁場コイル
（８）に互いに逆磁性の垂直磁場コイル電流IVを流すこ
とにより、プラズマ（１）に対応する位置にＺ軸方向の
磁場を発生するようになっている。
向の電磁バランスをとるための垂直磁場コイルであり、
内側の垂直磁場コイル（７）及び外側の垂直磁場コイル
（８）に互いに逆磁性の垂直磁場コイル電流IVを流すこ
とにより、プラズマ（１）に対応する位置にＺ軸方向の
磁場を発生するようになっている。
次に、第５図の波形図を参照しながら、第４図に示し
た従来のプラズマ実験装置の動作について説明する。
た従来のプラズマ実験装置の動作について説明する。
まず、時刻t0に、トロイダルコイル（５）に通電を開
始し、トロイダルコイル電流ITを立ち上げてプラズマ
（１）の発生領域にトロイダル磁場を生成する。
始し、トロイダルコイル電流ITを立ち上げてプラズマ
（１）の発生領域にトロイダル磁場を生成する。
次に、時刻t1に、OHコイル電流IOを急激に立ち上げ
て、この誘起電圧によりプラズマ電流IPを立ち上げる。
同時に、トロイダルコイル電流ITを立ち下げて、プラズ
マ（１）の周辺から外側にかけてのトロイダル磁場を反
転させ、プラズマ（１）をRFP配位にする。又、プラズ
マ（１）の変化を抑制して平衡を得るため、垂直磁場コ
イル電流IVを時刻t1において立ち上げる。
て、この誘起電圧によりプラズマ電流IPを立ち上げる。
同時に、トロイダルコイル電流ITを立ち下げて、プラズ
マ（１）の周辺から外側にかけてのトロイダル磁場を反
転させ、プラズマ（１）をRFP配位にする。又、プラズ
マ（１）の変化を抑制して平衡を得るため、垂直磁場コ
イル電流IVを時刻t1において立ち上げる。
こうして、プラズマ（１）が真空容器（２）内に生成
され、プラズマ電流IPはψ方向に流れる。
され、プラズマ電流IPはψ方向に流れる。
以後、プラズマ電流IPを維持するため、第５図の実線
で示すように、OHコイル流IOを時間的に単調増加させて
電場を発生させる。又、OHコイル電流IOのみではプラズ
マ（１）が不安定なため、真空容器（２）を取り囲むシ
ェル（３）を設置し、更に、トロイダルコイル電流IT及
び垂直磁場コイル電流IVによりプラズマ（１）を安定さ
せる。
で示すように、OHコイル流IOを時間的に単調増加させて
電場を発生させる。又、OHコイル電流IOのみではプラズ
マ（１）が不安定なため、真空容器（２）を取り囲むシ
ェル（３）を設置し、更に、トロイダルコイル電流IT及
び垂直磁場コイル電流IVによりプラズマ（１）を安定さ
せる。
又、プラズマ（１）の運転を停止するときには、図示
したように各電流IO、IT及びIVを零レベルにする。
したように各電流IO、IT及びIVを零レベルにする。
次に、現在米国等で実験研究が進められている、プラ
ズマと磁場との非線形カップリングを利用した定常電流
駆動法、即ちＦθ−ポンピングの放電時の運転パターン
について説明する。Ｆθ−ポンピングについての詳細な
説明は、例えばショエンバーグ他（K.F.Shoenberg eta
l.）による「逆転磁場ピンチ放電用の振動磁場電流駆動
（Oscillating fieid current drive for reversed fie
ld pinch discharges）」（Appl.Phys.56（９）、1984
年11月）の第2519〜2529頁に記載されている。この運転
パターンは、OHコイル電流IOを単調増加させることな
く、プラズマ電流IPを維持するために考え出されたもの
である。
ズマと磁場との非線形カップリングを利用した定常電流
駆動法、即ちＦθ−ポンピングの放電時の運転パターン
について説明する。Ｆθ−ポンピングについての詳細な
説明は、例えばショエンバーグ他（K.F.Shoenberg eta
l.）による「逆転磁場ピンチ放電用の振動磁場電流駆動
（Oscillating fieid current drive for reversed fie
ld pinch discharges）」（Appl.Phys.56（９）、1984
年11月）の第2519〜2529頁に記載されている。この運転
パターンは、OHコイル電流IOを単調増加させることな
く、プラズマ電流IPを維持するために考え出されたもの
である。
まず、プラズマ電流IPを生成するまでは前述と同様で
あるが、プラズマ（１）が平衡に達した後の時刻t2にお
いて、トロイダルコイル電流IT、OHコイル電流IO及び垂
直磁場コイル電流IVを、第５図に破線で示すようにAC変
化させる。
あるが、プラズマ（１）が平衡に達した後の時刻t2にお
いて、トロイダルコイル電流IT、OHコイル電流IO及び垂
直磁場コイル電流IVを、第５図に破線で示すようにAC変
化させる。
これにより、トロイダル磁束とプラズマ（１）に印加
される電圧とがAC変化し、プラズマ電流IPも破線のよう
にAC変化する。しかし、プラズマ（１）の非線形性によ
って正味のDC電圧が生成されるため、このDC電圧により
プラズマ電流IPは準定常に維持される。
される電圧とがAC変化し、プラズマ電流IPも破線のよう
にAC変化する。しかし、プラズマ（１）の非線形性によ
って正味のDC電圧が生成されるため、このDC電圧により
プラズマ電流IPは準定常に維持される。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来のプラズマ実験装置は以上のように、１系統のOH
コイル（６）を用いてＦθ−ポンピングの運転を行なっ
ていたので、高い電流レベルのOHコイル電流IOをAC変化
させるために、大きな電気エネルギを取り扱う必要があ
り、電流の供給電源が大形化するという問題点があっ
た。
コイル（６）を用いてＦθ−ポンピングの運転を行なっ
ていたので、高い電流レベルのOHコイル電流IOをAC変化
させるために、大きな電気エネルギを取り扱う必要があ
り、電流の供給電源が大形化するという問題点があっ
た。
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、大きな電気エネルギを取り扱わずにＦθ−
ポンピングの運転が可能なプラズマ実験装置を得ること
を目的とする。
れたもので、大きな電気エネルギを取り扱わずにＦθ−
ポンピングの運転が可能なプラズマ実験装置を得ること
を目的とする。
［問題点を解決するための手段］ この発明に係るプラズマ実験装置は、OHコイルを、Ｆ
θ−ポンピング用のAC電流が供給される第１のOHコイル
と、プラズマ電流生成用のDC電流が供給される第２のOH
コイルとからなる２系統で構成したものである。
θ−ポンピング用のAC電流が供給される第１のOHコイル
と、プラズマ電流生成用のDC電流が供給される第２のOH
コイルとからなる２系統で構成したものである。
［作用］ この発明においては、第１のOHコイルに低いレベルの
AC電流を供給し、第２のOHコイルに高いレベルのDC電流
を供給する。
AC電流を供給し、第２のOHコイルに高いレベルのDC電流
を供給する。
［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例の概略を示す断面図であり、
（１）〜（３）及び（５）〜（８）は前述と同様のもの
である。
１図はこの発明の一実施例の概略を示す断面図であり、
（１）〜（３）及び（５）〜（８）は前述と同様のもの
である。
（４）はプラズマ（１）と同様構造のシェルを構成す
る第１のOHコイルであり、プラズマ電流IPとトランス供
給されている。又、この第１のOHコイル（４）は、シェ
ル（３）の外側に配置され、シェル（３）と共に２重構
造のシェルを構成している。尚、トロイダルコイル
（５）の外側に配置された従来のOHコイル（６）は第２
のOHコイルを構成している。
る第１のOHコイルであり、プラズマ電流IPとトランス供
給されている。又、この第１のOHコイル（４）は、シェ
ル（３）の外側に配置され、シェル（３）と共に２重構
造のシェルを構成している。尚、トロイダルコイル
（５）の外側に配置された従来のOHコイル（６）は第２
のOHコイルを構成している。
次に、第２図の波形図を参照しながら、第１図に示し
たこの発明の一実施例の動作について説明する。
たこの発明の一実施例の動作について説明する。
まず、プラズマ電流IPを生成するまでは前述の従来装
置と全く同様であり、又、第２図には図示しないトロイ
ダルコイル電流IT、垂直磁場コイル電流IV及びプラズマ
電流IPの各波形は第５図に示した通りである。
置と全く同様であり、又、第２図には図示しないトロイ
ダルコイル電流IT、垂直磁場コイル電流IV及びプラズマ
電流IPの各波形は第５図に示した通りである。
時刻t2において、プラズマ電流IPを準定常に維持する
ため、Ｆθ−ポンピングの運転が行なわれるが、第２の
OHコイル電流I2としては、高いレベルの定電流が供給さ
れ、平均的に一定となるように保たれる。
ため、Ｆθ−ポンピングの運転が行なわれるが、第２の
OHコイル電流I2としては、高いレベルの定電流が供給さ
れ、平均的に一定となるように保たれる。
同時に、第１のOHコイル電流I1として、零レベルを中
心とする低いレベルのAC電流（第２図の破線参照）が供
給され、これによりプラズマ（１）中の表面電圧はAC変
化する。
心とする低いレベルのAC電流（第２図の破線参照）が供
給され、これによりプラズマ（１）中の表面電圧はAC変
化する。
こうして、長時間に亙るＦθ−ポンピングによる放電
が行なわれる。このとき、第１のOHコイル電流I1が第２
図に示したように低いレベルのAC電流であるため、Ｆθ
−ポンピング用の駆動電源は小さなもので済む。
が行なわれる。このとき、第１のOHコイル電流I1が第２
図に示したように低いレベルのAC電流であるため、Ｆθ
−ポンピング用の駆動電源は小さなもので済む。
又、シェル（３）及び第１のOHコイル（４）が２重構
造のシェルを構成しているので、誤差磁場の影響が少な
くなり、プラズマ（１）を極めて安定に閉じ込めること
ができる。
造のシェルを構成しているので、誤差磁場の影響が少な
くなり、プラズマ（１）を極めて安定に閉じ込めること
ができる。
ここでは、RFP（逆転磁場ピンチ）の場合を例にとっ
て説明したが、RFPに限らず、トロイダルコイルにAC電
流を流す形式のプラズマ実験装置に対して一般的に適用
可能なことは言うまでもない。
て説明したが、RFPに限らず、トロイダルコイルにAC電
流を流す形式のプラズマ実験装置に対して一般的に適用
可能なことは言うまでもない。
尚、上記実施例では、第２のOHコイル電流I2をプラズ
マ電流IPの立ち上げ時刻t1に零から或る値まで変化させ
たが、プラズマ（１）の生成前に第２のOHコイル（６）
を励磁しておき、時刻t1に急激に第２のOHコイル電流I2
を減少させることによって誘起電圧を発生させ、プラズ
マ電圧IPを生成させるようにしてもよい。
マ電流IPの立ち上げ時刻t1に零から或る値まで変化させ
たが、プラズマ（１）の生成前に第２のOHコイル（６）
を励磁しておき、時刻t1に急激に第２のOHコイル電流I2
を減少させることによって誘起電圧を発生させ、プラズ
マ電圧IPを生成させるようにしてもよい。
又、第２のOHコイル（６）をプラズマ電流IPの生成用
の使用し、第１のOHコイル（４）をプラズマ電流IPの維
持用に使用したが、これらは逆であってもよい。
の使用し、第１のOHコイル（４）をプラズマ電流IPの維
持用に使用したが、これらは逆であってもよい。
又、第１のOHコイル（４）がプラズマ（１）と同軸構
造のシェルを構成したが、第２のOHコイル（６）と同様
の構造であってもよい。
造のシェルを構成したが、第２のOHコイル（６）と同様
の構造であってもよい。
更に、第３図のように、第２のOHコイル（４）に、プ
ラズマ（１）と同軸構造の鉄心（９）を設けてもよい。
この場合、第２のOHコイル（６）の配置が簡略化され
る。
ラズマ（１）と同軸構造の鉄心（９）を設けてもよい。
この場合、第２のOHコイル（６）の配置が簡略化され
る。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、OHコイルを、Ｆθ−
ポンピング用の低いレベルのAC電流が供給される第１の
OHコイルと、プラズマ電流生成用の高いレベルのDC電流
が供給される第２のOHコイルとからなる２系統で構成し
たので、大きな電気エネルギを取り扱わずにＦθ−ポン
ピングの運転が可能なプラズマ実験装置が得られる効果
がある。
ポンピング用の低いレベルのAC電流が供給される第１の
OHコイルと、プラズマ電流生成用の高いレベルのDC電流
が供給される第２のOHコイルとからなる２系統で構成し
たので、大きな電気エネルギを取り扱わずにＦθ−ポン
ピングの運転が可能なプラズマ実験装置が得られる効果
がある。
第１図はこの発明の一実施例の概略を示す断面図、第２
図は第１図の動作を説明するための波形図、第３図はこ
の発明の他の実施例の概略を示す断面図、第４図は従来
のプラズマ実験装置の概略を示す断面図、第５図は第４
図の動作を説明するための波形図である。 （１）……プラズマ （４）……第１のOHコイル （６）……第２のOHコイル （９）……鉄心、IP……プラズマ電流 I1……第１のOHコイル電流 I2……第２のOHコイル電流 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図は第１図の動作を説明するための波形図、第３図はこ
の発明の他の実施例の概略を示す断面図、第４図は従来
のプラズマ実験装置の概略を示す断面図、第５図は第４
図の動作を説明するための波形図である。 （１）……プラズマ （４）……第１のOHコイル （６）……第２のOHコイル （９）……鉄心、IP……プラズマ電流 I1……第１のOHコイル電流 I2……第２のOHコイル電流 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】環状のプラズマ電流に対してトランス結合
され、プラズマを生成且つ維持するための抵抗加熱コイ
ル（以下、「OH（Ohmic Heating）コイル」という）を
備えたプラズマ実験装置において、 前記OHコイルを、 前記プラズマと磁場との非線形カップリングを利用した
定常電流駆動法（以下、「Ｆθ−ポンピング」という）
用のAC電流が供給される第１のOHコイルと、 プラズマ電流生成用のDC電流が供給される第２のOHコイ
ルと からなる２系統で構成したことを特徴とするプラズマ実
験装置。 - 【請求項２】第１のOHコイルは、プラズマと同軸構造の
シェルを構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のプラズマ実験装置。 - 【請求項３】第２のOHコイルは、プラズマと同軸構造の
鉄心を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又
は第２項記載のプラズマ実験装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62175814A JP2533552B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | プラズマ実験装置 |
| US07/218,162 US4927592A (en) | 1987-07-16 | 1988-07-13 | Reversed field pinch apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62175814A JP2533552B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | プラズマ実験装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6421899A JPS6421899A (en) | 1989-01-25 |
| JP2533552B2 true JP2533552B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=16002696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62175814A Expired - Lifetime JP2533552B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | プラズマ実験装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4927592A (ja) |
| JP (1) | JP2533552B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6611106B2 (en) * | 2001-03-19 | 2003-08-26 | The Regents Of The University Of California | Controlled fusion in a field reversed configuration and direct energy conversion |
| CN111683446B (zh) | 2014-10-13 | 2023-06-30 | 阿尔法能源技术公司 | 用于合并和压缩紧凑环的系统和方法 |
| EP3951798A1 (en) * | 2015-11-13 | 2022-02-09 | TAE Technologies, Inc. | Systems and methods for frc plasma position stability |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3778343A (en) * | 1971-03-11 | 1973-12-11 | Atomic Energy Commission | Device for plasma confinement and heating by high currents and non-classical plasma transport properties |
| US3779864A (en) * | 1971-10-29 | 1973-12-18 | Atomic Energy Commission | External control of ion waves in a plasma by high frequency fields |
| US4087322A (en) * | 1976-09-07 | 1978-05-02 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Air core poloidal magnetic field system for a toroidal plasma producing device |
| US4543231A (en) * | 1981-12-14 | 1985-09-24 | Ga Technologies Inc. | Multiple pinch method and apparatus for producing average magnetic well in plasma confinement |
| US4560528A (en) * | 1982-04-12 | 1985-12-24 | Ga Technologies Inc. | Method and apparatus for producing average magnetic well in a reversed field pinch |
| JPS6050486A (ja) * | 1983-08-30 | 1985-03-20 | 三菱電機株式会社 | 核融合装置 |
| US4734247A (en) * | 1985-08-28 | 1988-03-29 | Ga Technologies Inc. | Helical shaping method and apparatus to produce large translational transform in pinch plasma magnetic confinement |
| US4762659A (en) * | 1986-05-23 | 1988-08-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Coil arrangement for nuclear fusion apparatus |
| US4762660A (en) * | 1986-05-29 | 1988-08-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Coil arrangement for nuclear fusion apparatus |
-
1987
- 1987-07-16 JP JP62175814A patent/JP2533552B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-07-13 US US07/218,162 patent/US4927592A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6421899A (en) | 1989-01-25 |
| US4927592A (en) | 1990-05-22 |
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