JP2728296B2 - Plasma current driver - Google Patents

Plasma current driver

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JP2728296B2
JP2728296B2 JP1102069A JP10206989A JP2728296B2 JP 2728296 B2 JP2728296 B2 JP 2728296B2 JP 1102069 A JP1102069 A JP 1102069A JP 10206989 A JP10206989 A JP 10206989A JP 2728296 B2 JP2728296 B2 JP 2728296B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は核融合装置のプラズマ内に電流を励起する装
置に係り、特にトーラス形状の磁場閉じ込め核融合装置
であるトカマク装置に好適なプラズマ電流駆動装置に関
する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for exciting a current in a plasma of a fusion device, and more particularly to a plasma current suitable for a tokamak device which is a torus-shaped magnetic field confinement fusion device. It relates to a driving device.

[従来の技術] 従来、トーラス型核融合装置、特にトカマク型核融合
装置においては、プラズマを装置内に閉じ込めるための
直流プラズマ電流を変流器による電磁誘導によって発生
しているが、この方法は原理的に間欠運転とならざるを
得ないため、核融合炉の経済性を上げられないこと、間
欠運転に基づく繰返し応力によって装置の寿命が短くな
ること等の問題を抱えている。この問題を解決する手段
として、高周波によってプラズマ中の電子に一方向の運
動量を与え、電子の流れ、即ち電流を励起する方法があ
る。この方法は、原理的に定常電流を得ることが可能で
あり、トカマク装置の間欠運転に基づく問題から開放さ
れる。この方法は一般に高周波電流駆動と呼ばれてい
る。
[Prior art] Conventionally, in a torus-type fusion device, especially a tokamak-type fusion device, a DC plasma current for confining plasma in the device is generated by electromagnetic induction by a current transformer. In principle, it must be operated intermittently, so that there is a problem that the economical efficiency of the fusion reactor cannot be improved, and the life of the device is shortened due to repeated stress based on the intermittent operation. As a means for solving this problem, there is a method of giving a unidirectional momentum to electrons in plasma by using a high frequency to excite the flow of electrons, that is, a current. This method can obtain a steady-state current in principle, and is relieved of the problem due to the intermittent operation of the tokamak device. This method is generally called high-frequency current driving.

高周波電流駆動において、Lower−Hybrid波を利用す
る方法の研究が最も進んでおり、2MAのプラズマ電流を
数秒間維持した実績がある。Lower−Hybrid波は数百MHz
から数GHzの周波数領域に存在するプラズマ中の静電波
であり、ランダウ減衰と呼ばれる波の吸収機構によって
プラズマ中の電子に運動量を与える。一方向の運動量を
電子に与えるには、Lower−Hybrid波を一方向に伝播さ
せること、即ち進行波にすることが必要である。そのた
め、第6図に示すような複数の矩形導波管アンテナ1を
並べたランチャー2が用いられる。このランチャーはト
ーラス真空容器に接続される。このランチャーは、通信
の分野で放射指向性を高めるためのフェイズアレイアン
テナと同様の機能を持ち、少しずつ位相の異なる高周波
を複数の導波管アンテナから同時に放射して波動の干渉
現象を利用して特定方向のみの波を選択的に励起する。
In the high-frequency current drive, research on a method using a lower-hybrid wave has been most advanced, and there is a track record of maintaining a plasma current of 2 MA for several seconds. Lower-Hybrid wave is several hundred MHz
It is an electrostatic wave in the plasma existing in the frequency range from to several GHz and gives momentum to the electrons in the plasma by a wave absorption mechanism called Landau attenuation. In order to impart one-directional momentum to electrons, it is necessary to propagate a Lower-Hybrid wave in one direction, that is, to make it a traveling wave. Therefore, a launcher 2 in which a plurality of rectangular waveguide antennas 1 are arranged as shown in FIG. 6 is used. This launcher is connected to a torus vacuum vessel. This launcher has the same function as a phased array antenna to enhance radiation directivity in the field of communications, and utilizes the wave interference phenomenon by simultaneously radiating high-frequency waves with slightly different phases from multiple waveguide antennas. To selectively excite only waves in a specific direction.

従来、この種の電流駆動装置として、例えば第7図に
示すような装置が用いられてきた。第7図において、3
は小電力(数百ワット)の基準発振器、4a〜4gは高周波
電力を2つにわける3db(デシベル)分配器、5a〜5hは
各系統の高周波位相を調整する可変位相器、6a〜6hは高
周波電力を前記高周波電流駆動に必要な電力(数百kワ
ット〜数十ワット。核融合装置の規模による)まで増幅
するための高周波増幅器、2は第6図で説明したランチ
ャーで、1a,1b…1hは第6図の各矩形導波管アンテナ1
を示すものである。基準発振器3及び高周波増幅器6a〜
6hとしては、Lower−Hybrid波の場合にクライストロン
を用いることができる。第7図の電流駆動装置では、ラ
ンチャー2を構成する矩形導波管アンテナ1a〜1hに入射
される高周波の位相を基準発振器3の出力位相を基準に
して調整する。なお、この種の装置として関連するもの
には、例えば日本原子力研究所の研究報告書JAERI−M 8
7−061(1987)の第2頁、第10頁及び第11頁に記載の装
置が挙げられる。この装置では第7図の高周波増幅器6a
〜6hの出力をさらに細かく分割しているが基準発振器を
基準にして各矩形導波管に入射する高周波の位相を調整
する原理は同様である。
Conventionally, for example, a device as shown in FIG. 7 has been used as this kind of current driving device. In FIG. 7, 3
Is a low power (hundreds of watts) reference oscillator, 4a to 4g are 3db (decibel) distributors that divide high frequency power into two, 5a to 5h are variable phase shifters that adjust the high frequency phase of each system, and 6a to 6h are A high-frequency amplifier for amplifying the high-frequency power to the power required for driving the high-frequency current (several hundreds of kW to several tens of watts, depending on the scale of the fusion device), 2 is a launcher described in FIG. ... 1h is each rectangular waveguide antenna 1 in FIG.
It shows. Reference oscillator 3 and high frequency amplifier 6a ~
As 6h, a klystron can be used in the case of a lower-hybrid wave. In the current driver shown in FIG. 7, the phase of the high frequency wave incident on the rectangular waveguide antennas 1a to 1h constituting the launcher 2 is adjusted with reference to the output phase of the reference oscillator 3. Related devices of this type include, for example, the research report JAERI-M8 of the Japan Atomic Energy Research Institute.
The apparatus described on page 2, page 10 and page 11 of 7-061 (1987) may be mentioned. In this device, the high-frequency amplifier 6a shown in FIG.
Although the output of ~ 6h is further finely divided, the principle of adjusting the phase of the high frequency wave incident on each rectangular waveguide with reference to the reference oscillator is the same.

[発明が解決しようとする課題] 上記従来技術は、可変位相器でランチャーから放射さ
れる高周波の方向を自由に変えられるという特徴がある
が、しかし、多くの機器を核融合装置の近くに配置する
ことからシステムが複雑になるという問題がある。ま
た、核融合炉レベルの大型装置で必要になる5〜10GHz
の高周波増幅器は電力の変換効率が低く、1台当たり数
10kワットの出力しか得られない、そのため、核融合炉
レベルの大型装置で必要な50〜100Mワットの高周波出力
を得るには1000台以上の高周波増幅器を必要とし、電流
駆動装置の建設に膨大な費用がかかること、装置の信頼
性が低くなること等の問題が発生する。
[Problem to be Solved by the Invention] The above-mentioned prior art is characterized in that the direction of the high frequency radiated from the launcher can be freely changed by the variable phase shifter, but many devices are arranged near the fusion device. Therefore, there is a problem that the system becomes complicated. In addition, 5 to 10 GHz required for large-scale equipment at the fusion reactor level
High frequency amplifiers have low power conversion efficiency
Only 10 kW of power can be obtained, so more than 1000 high-frequency amplifiers are required to obtain the high-frequency output of 50 to 100 MW required for large-scale fusion reactor-level equipment, which is a huge There are problems such as high cost and low reliability of the device.

電流駆動装置の経済性、信頼性を高めるには、電力の
変換効率が高い大電力発振器を利用し、大電力発振器の
出力側に電力分配器及び位相器を設ける方法が考えられ
る。この方法は従来のプラズマ電流駆動装置を説明する
第7図において、基準発振器3を大出力のものにし、高
周波増幅器6a〜6hを取り除いたものである。しかし、大
型核融合装置で必要な50〜100Mワットの出力を得るため
にこのようなシステムを複数個設置すると、各システム
の高周波位相が自然に時々刻々変化して位相がそろわな
いため、放射された高周波が互いに打ち消しあって有効
にプラズマ電流を駆動できないという問題がある。
In order to improve the economy and reliability of the current driving device, a method of using a large power oscillator having high power conversion efficiency and providing a power distributor and a phase shifter on the output side of the large power oscillator can be considered. In this method, the reference oscillator 3 has a large output and the high-frequency amplifiers 6a to 6h are removed in FIG. 7 for explaining a conventional plasma current driving device. However, if multiple such systems are installed in order to obtain the required power of 50 to 100 MW for large fusion devices, the radiated phase will not be uniform because the high-frequency phase of each system will naturally change every moment and the phases will not be aligned. There is a problem that the high frequencies cancel each other out and cannot effectively drive the plasma current.

よって本発明の目的は、。発振周波数を制御すること
により、1台当たりの出力を多く取れる大電力発振器を
複数台用いても有効にプラズマ電流を駆動できる経済的
で信頼性の高いプラズマ電流駆動装置を提供することに
ある。
Therefore, the object of the present invention is: It is an object of the present invention to provide an economical and highly reliable plasma current driving device capable of effectively driving a plasma current by using a plurality of large power oscillators capable of obtaining a large output per unit by controlling an oscillation frequency.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明は、多数の矩形導動
波管アンテナからなるランチャーを複数のグループに分
割し、グループ毎の一台の大電力高周波発振器で発生し
た高周波電力を分割入射する。さらに、各大電力高周波
発振器の発振周波数を制御し、周波数がグループ間で僅
かずつ異なるように調整する点に特徴がある。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention divides a launcher including a large number of rectangular waveguide antennas into a plurality of groups, and uses a single high-power high-frequency oscillator for each group. The generated high frequency power is split and incident. Further, the present invention is characterized in that the oscillation frequency of each high-power high-frequency oscillator is controlled and adjusted so that the frequencies slightly differ between groups.

[作用] 本発明における高周波伝送路、電力分配器、固定位相
器により、複数の高周波発振器のうちの一台を単独で動
作した場合に特定方向の波が選択的に放射されるように
なる。本発明において周波数制御装置は、従来のプラズ
マ電流駆動装置で電力変換効率の良い大電力発振器を複
数台用いた場合に位相がそろわないために発生する効率
低下の問題を解決する。これを下記に説明する。
[Operation] With the high-frequency transmission line, the power divider, and the fixed phase shifter according to the present invention, when one of a plurality of high-frequency oscillators is operated alone, a wave in a specific direction is selectively emitted. In the present invention, the frequency control device solves the problem of a decrease in efficiency that occurs because a phase is not aligned when a plurality of large power oscillators having high power conversion efficiency are used in a conventional plasma current driving device. This will be described below.

今、ランチャーを2個のグループに分割し、第1グル
ープから角周波数ω、第2グループから角周波数ω
のLower−Hybrid波がプラズマ中に励起されたとする。
この時、合成された高周波の電界は E=E1exp(iω1t)+E2exp(iω2t) =E1exp(iω1t)+E2exp(iω1t+φ) ……(1) ただし、 φ=(ω−ω)t となる。即ち、周波数が僅かに異なる2種類のLower−H
ybrid波の相互作用は、位相差φが周波数差Δω=(ω
−ω)で時間的に変動する高周波でLower−Hybrid
波を励起したのと等価になる。下記に説明するように、
周波数差Δωには効率良くプラズマ電流を駆動するため
の最適値が存在する。
Now, divide the launcher into two groups, the angular frequency ω 1 from the first group, the angular frequency ω 2 from the second group
It is assumed that the lower-hybrid wave is excited in the plasma.
At this time, the synthesized high-frequency electric field is expressed as follows: E = E 1 exp (iω 1 t) + E 2 exp (iω 2 t) = E 1 exp (iω 1 t) + E 2 exp (iω 1 t + φ) (1) However, φ = (ω 1 −ω 2 ) t. That is, two types of Lower-H with slightly different frequencies
The interaction of the ybrid waves is such that the phase difference φ is the frequency difference Δω = (ω
1 −ω 2 ) Lower-Hybrid at high frequency that fluctuates with time
It is equivalent to exciting the wave. As explained below,
The frequency difference Δω has an optimum value for efficiently driving the plasma current.

まず、Δωが大きすぎるときは、片方の周波数がLowe
r−Hybrid波の周波数からずれてLower−Hybrid波を励起
できなくなるため、片方の高周波電力が電流駆動に役立
たない。従って、Δωの最適値には上限が存在する。
First, when Δω is too large, one of the frequencies
Since the lower-hybrid wave cannot be excited due to deviation from the frequency of the r-hybrid wave, one of the high-frequency powers is not useful for current driving. Therefore, there is an upper limit for the optimum value of Δω.

またΔωが小さいときは、(1)式は E=exp(iω0t)×[(E1+E2)cos(Δωt/2) +i(E1−E2)sin(Δωt/2)] ……(2) ただし ω(ω+ω)/2 となり、合成された高周波の振幅はΔω/2の周波数で変
動することになる。プラズマ中に励起される電流は、高
周波によって電子に一方向の運動量を与える能力と、電
子間の衝突過程によって速度分布を一様化する能力のバ
ランスで決まる。従って、電子の衝突周波数(通常数百
kHz)より高周波振幅変動の周波数が十分大きければ高
周波振幅の変動は電子間の衝突過程で平均化され、振幅
変動がないのと同様の効果をもたらす。ところが、振幅
変動の周波数が電子の衝突周波数より小さくなると、電
子は各時刻の高周波の強さを感じてその強さに比例した
電流が流れるため、定常のプラズマ電流を維持できな
い。従って、Δωの最適値には下限も存在する。
When Δω is small, the equation (1) is given by E = exp (iω 0 t) × [(E 1 + E 2 ) cos (Δωt / 2) + i (E 1 −E 2 ) sin (Δωt / 2)] .. (2) where ω 01 + ω 2 ) / 2, and the amplitude of the synthesized high frequency fluctuates at a frequency of Δω / 2. The current excited in the plasma is determined by the balance between the ability to impart unidirectional momentum to the electrons by the high frequency and the ability to uniform the velocity distribution due to the collision process between the electrons. Therefore, the collision frequency of electrons (usually several hundred
If the frequency of the high-frequency amplitude fluctuation is higher than (kHz), the fluctuation of the high-frequency amplitude is averaged in the process of collision between electrons, and an effect similar to the absence of the amplitude fluctuation is obtained. However, when the frequency of the amplitude fluctuation is lower than the collision frequency of the electrons, the electrons sense the intensity of the high frequency at each time and a current proportional to the intensity flows, so that a steady plasma current cannot be maintained. Therefore, there is a lower limit for the optimum value of Δω.

プラズマ電流駆動に最適な周波数差Δωは、プラズマ
パラメータや核融合装置の大きさ等に依存するが、大型
装置では1〜10MHzである。本発明における周波数制御
装置は、発振器間の周波数差をプラズマ電流駆動に最適
な値に維持するのである。
The optimum frequency difference Δω for the plasma current drive depends on the plasma parameters, the size of the nuclear fusion device, and the like, but is 1 to 10 MHz for a large device. The frequency control device according to the present invention maintains the frequency difference between the oscillators at an optimum value for driving the plasma current.

[実 施 例] 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第
1図は、本発明の1実施例によるプラズマ電流駆動装置
の構成をトカマク型核融合装置の部分上面図と共に示す
図である。このプラズマ駆動装置は同様な構成を持つグ
ループa,b,c,dに分けられており、夫々のグループの構
成要素は、その属するグループを示す添字a,b,c又はd
を付して表すことにする。第1図において、周波数制御
装置30は、高周波発振機9a〜9dの出力の一部を取り出す
方向性結合器8a〜8d、高周波発振機9a〜9d発振周波数を
調整する周波数制御電源20a〜20d、高周波の周波数を測
定して設定周波数との差に応じて該周波数制御電源に制
御信号を与える制御器21によって構成されている。第1
図において、9a〜9dは高周波発振器であり、周波数制御
装置30の出力に従ってプラズマ電流駆動に最適な周波数
の高周波を発生する。高周波電力は高周波伝送路7a〜7d
を通って夫々グループ分けされたMulti−Junctionラン
チャー100a,100b,100c,100dに入射される。該Multi−Ju
nctionランチャーは、トカマク型核融合装置の真空容器
の壁11に取付けられている。第1図の矢印14はトカマク
型核融合装置のトロイダル方向を示す。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a plasma current driving device according to one embodiment of the present invention, together with a partial top view of a tokamak fusion device. This plasma driving device is divided into groups a, b, c, and d having the same configuration, and each group has a subscript a, b, c, or d indicating the group to which the group belongs.
Will be added. In FIG. 1, a frequency control device 30 includes directional couplers 8a to 8d for extracting a part of the output of the high-frequency oscillators 9a to 9d, frequency control power supplies 20a to 20d for adjusting the high-frequency oscillators 9a to 9d, It is configured by a controller 21 that measures a high frequency and supplies a control signal to the frequency control power supply according to a difference from a set frequency. First
In the figure, reference numerals 9a to 9d denote high frequency oscillators, which generate a high frequency having a frequency optimal for driving the plasma current according to the output of the frequency control device 30. High frequency power is high frequency transmission line 7a ~ 7d
Through the multi-junction launchers 100a, 100b, 100c, and 100d. The Multi-Ju
The nction launcher is mounted on the wall 11 of the vacuum vessel of the tokamak fusion device. The arrow 14 in FIG. 1 indicates the toroidal direction of the tokamak fusion device.

ここで、Multi−Junctionランチャー100aを例にとっ
て、その構造を第2図を用いて説明する。他のMulti−J
unctionランチャー100b,100c,100dの構造も同じであ
る。Multi−Junctionランチャー100aは、トカマク型核
融合装置のトロイダル磁場の方向に並べた複数個の矩形
導波管アンテナ1を1グループとしてまとめた大型の矩
形導波管内をE面分割板44aで区切り、更に固定位相器1
5aによって導波管内の1部でその内壁高さを変えたもの
である。E面分割板44aは入射してきた高周波19を夫々
2つに分配するもので、特許請求の範囲の請求項1の記
載中の電力分配器に相当する。固定位相器15aは導波管
内壁高さによって高周波が伝播する位相速度を変える、
すなわち高周波位相を調整するもので、請求項1中に記
載の固定位相器に相当する。
Here, the structure of the Multi-Junction launcher 100a will be described with reference to FIG. Other Multi-J
The structure of the unction launchers 100b, 100c, 100d is the same. The Multi-Junction launcher 100a separates a large rectangular waveguide in which a plurality of rectangular waveguide antennas 1 arranged in the direction of the toroidal magnetic field of the tokamak fusion device are grouped as a group by an E-plane splitting plate 44a, Fixed phase shifter 1
According to 5a, the height of the inner wall is changed in a part of the waveguide. The E-plane splitting plate 44a distributes the incident high frequency 19 into two, and corresponds to the power divider described in claim 1 of the claims. The fixed phase shifter 15a changes the phase speed at which the high frequency propagates according to the height of the waveguide inner wall,
That is, it adjusts the high-frequency phase, and corresponds to the fixed phase shifter described in claim 1.

以上のプラズマ電流駆動装置においては、グループ内
の位相調整は矩形導波管内の固定位相器15a等で行な
い、グループ間の周波数差Δωを周波数制御装置30によ
って、前述した上限値と下限値間の最適値に維持するの
である。
In the above plasma current driving device, the phase adjustment in the group is performed by the fixed phase shifter 15a or the like in the rectangular waveguide, and the frequency difference Δω between the groups is adjusted by the frequency control device 30 between the upper limit value and the lower limit value. Maintain the optimal value.

第3図は、第1図の実施例の装置によってプラズマ10
に放射される電力スペクトルを示す図である。横軸はト
ロイダル方向14の屈折率である。この量は放射される高
周波の進行方向に対応する量である。縦軸は各方向に放
射される高周波の電力密度(電力スペクトル)である。
第3図において、40aで示す幅の狭いスペクトルは、高
周波発振器一台が単独で動作した場合のスペクトルであ
る。全高周波発振器9a〜9dが同時に動作した場合、電力
スペクトルは40a,40b,40cのように電子の衝突周波数よ
り十分速い速度で時間的に変動し、プラズマ40a,40b,40
cのような狭いスペクトルを重ねあわせた包絡線のよう
なスペクトルを感じ、プラズマ中に電流が励起される。
本実施例によれば、高周波発振器、高周波伝送路、周波
数制御装置、Multi−Junctionランチャーと云う簡単な
構成で効率良くプラズマ電流を駆動する経済的な装置を
提供できる。
FIG. 3 shows a plasma 10 using the apparatus of the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a power spectrum radiated to the radiator. The horizontal axis is the refractive index in the toroidal direction 14. This amount corresponds to the traveling direction of the radiated high frequency. The vertical axis represents the high-frequency power density (power spectrum) radiated in each direction.
In FIG. 3, a narrow spectrum indicated by 40a is a spectrum when one high-frequency oscillator operates alone. When all the high-frequency oscillators 9a to 9d operate at the same time, the power spectrum fluctuates with time at a speed sufficiently higher than the collision frequency of electrons, such as 40a, 40b, 40c, and the plasma 40a, 40b, 40
I feel a spectrum like an envelope which overlaps a narrow spectrum like c, and the current is excited in the plasma.
According to this embodiment, it is possible to provide an economical device that efficiently drives a plasma current with a simple configuration such as a high-frequency oscillator, a high-frequency transmission line, a frequency control device, and a multi-junction launcher.

第4図は第2の実施例を示す。本実施例もグループa,
b,c,dに分けられた構成となっており、第4図には、図
示の簡略化のため、そのうちのグループaを構成する部
分のみを例にとって示した。他のグループについても構
成は同様である。本実施例では各グループのランチャー
(2a,2b,2c,2d)は第6図と同様の構造を有する。本実
施例は、前記第1の実施例における電力分配機能を、3d
b分配器40a、位相調整機能をUリンク(導波管の長さを
変えるもの)18aで行なうようにしたものである。すな
わち、ランチャー2a、3db分配器40a,Uリンク18aから成
る部分が、第1の実施例におけるE面区画板44aおよび
固定位相器15aを有するランチャー100aと同じ機能を果
たす。本実施例は第の実施例に比べて構成機器が増える
という短所があるが、Uリンクを調整することによって
隣合う導波管アンテナの高周波位相差を調整できるの
で、即ちプラズマへ高周波を入射する方向を調整できる
ので、プラズマ電流分布等を細かに制御できるという効
果がある。
FIG. 4 shows a second embodiment. In this embodiment, the group a,
The configuration is divided into b, c, and d. FIG. 4 shows only an example of a part constituting the group a in FIG. 4 for simplification of the drawing. The configuration is the same for other groups. In this embodiment, the launchers (2a, 2b, 2c, 2d) of each group have the same structure as in FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the power distribution function is 3d.
The b distributor 40a and the U-link (for changing the length of the waveguide) 18a perform the phase adjustment function. That is, the portion including the launcher 2a, the 3db distributor 40a, and the U link 18a performs the same function as the launcher 100a having the E-plane partitioning plate 44a and the fixed phase shifter 15a in the first embodiment. This embodiment has a disadvantage in that the number of constituent devices increases as compared with the first embodiment. However, by adjusting the U-link, the high-frequency phase difference between adjacent waveguide antennas can be adjusted. Since the direction can be adjusted, there is an effect that the plasma current distribution and the like can be finely controlled.

第5図は、前記第1の実施例にアイソレータ32aとス
タブチューナ31aを加えた第3の実施例を示す図であ
る。図示の簡略化のため、第5図はグループaのみにつ
いて示しているが、他のグループb,c,dについても構成
・作用は同様である。スタブチューナ31aは、高周波発
振器9aとランチャー100aとの間の負荷整合を取り、より
多くの高周波電力をランチャーから放射する効果があ
る。第7図に示した従来のプラズマ電流駆動装置では、
スタブチューナは高周波位相を乱すという問題があるた
めに伝送路上に設置できなかった。本発明の上記第3の
実施例では位相の調整をスタブチューナ31aの後のラン
チャーで行なうので、従来のプラズマ電流駆動装置のよ
うな上記問題はない。従って、スタブチューナにより、
高周波発振器で発生した高周波電力を効率的に放射でき
るという効果がある。また、アイソレータ32aは、ラン
チャー100aやスタブチューナ31におけるアーク等の事故
で発生する反射波を吸収する機能を持ち、大量の反射波
による高周波発振器9aの破壊を防止する効果がある。
FIG. 5 is a view showing a third embodiment in which an isolator 32a and a stub tuner 31a are added to the first embodiment. For simplicity of illustration, FIG. 5 shows only the group a, but the configuration and operation are the same for the other groups b, c, and d. The stub tuner 31a has the effect of achieving load matching between the high-frequency oscillator 9a and the launcher 100a and radiating more high-frequency power from the launcher. In the conventional plasma current driving device shown in FIG.
The stub tuner could not be installed on the transmission line because of the problem of disturbing the high-frequency phase. In the third embodiment of the present invention, since the phase is adjusted by the launcher after the stub tuner 31a, there is no such problem as in the conventional plasma current driving device. Therefore, with the stub tuner,
There is an effect that high-frequency power generated by the high-frequency oscillator can be efficiently radiated. Further, the isolator 32a has a function of absorbing a reflected wave generated by an accident such as an arc in the launcher 100a or the stub tuner 31, and has an effect of preventing the high-frequency oscillator 9a from being destroyed by a large amount of reflected waves.

尚、第4図に示した実施例にもアイソレータやスタブ
チューナを付けることができる。
The embodiment shown in FIG. 4 can be provided with an isolator and a stub tuner.

なお、第1の実施例においてMulti−Junctionランチ
ャーにおける固定位相器15の高さ、または長さを外部か
ら変更する手段を取り付ければ、プラズマ電流分布の制
御等のために放射電力スペクトルを細かく調整すること
ができる。
In the first embodiment, if means for externally changing the height or length of the fixed phase shifter 15 in the multi-junction launcher is attached, the radiated power spectrum is finely adjusted for controlling the plasma current distribution and the like. be able to.

[発明の効果] 本発明によれば、発生高周波の位相が時々刻々変化す
る大出力の高周波発振器を複数台並列運転しても効率的
にプラズマ電流を駆動できるので、大電力の高周波を必
要都する大型核融合装置に適した経済的で信頼性の高い
プラズマ電流駆動装置を提供できる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the plasma current can be efficiently driven even when a plurality of high-output high-frequency oscillators whose phases of generated high-frequency change momentarily change in parallel, so that high-power high-frequency is required. It is possible to provide an economical and highly reliable plasma current driving device suitable for a large-scale fusion device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1の実施例をトカマク型核融合装置
の部分上面図と共に示す図、第2図は第1図におけるMu
lti−Junctionランチャーを一部破断して示した斜視
図、第3図は第1の実施例の装置が放射する電力スペク
トルを説明する図。第4図は第2の実施例を示す図、第
5図は第3図の実施例を示す図、第6図はプラズマ電流
駆動ランチャーを一部破断して示した斜視図、第7図は
従来のプラズマ電流駆動装置を示す図である。 1……矩形形導波管アンテナ 2……ランチャー、7……高周波伝送路 8……方向性結合器、9……高周波発振器 10……トカマクプラズマ 11……真空容器壁、14……トロイダル方向 15……固定位相器、18……Uリンク 20……周波数制御電源 21……制御器、30……周波数制御装置 31……スタブチューナ 32……アイソレータ、44……E面区画板 100……Multi−Junctionランチャー
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention together with a partial top view of a tokamak-type fusion device, and FIG. 2 is a diagram showing Mu in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing the lti-junction launcher partially cut away, and FIG. 3 is a view for explaining a power spectrum radiated by the device of the first embodiment. FIG. 4 is a view showing the second embodiment, FIG. 5 is a view showing the embodiment of FIG. 3, FIG. 6 is a perspective view showing a plasma current drive launcher partially cut away, and FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional plasma current driving device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rectangular waveguide antenna 2 ... Launcher, 7 ... High frequency transmission line 8 ... Directional coupler, 9 ... High frequency oscillator 10 ... Tokamak plasma 11 ... Vacuum container wall, 14 ... Toroidal direction 15: fixed phase shifter, 18: U-link 20: frequency control power supply 21: controller, 30: frequency control device 31: stub tuner 32: isolator, 44: E-plane partition 100 Multi-Junction launcher

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】磁場によってプラズマを閉じ込める核融合
装置内にプラズマ電流を励起するプラズマ電流駆動装置
であって、複数個の矩形導波管アンテナを核融合装置の
発生するトロイダル磁場の方向に並べて形成されたラン
チャーを、隣合う複数個の矩形導波管アンテナを1グル
ープとして複数のグループに分割し、夫々のグループご
とに大電力高周波発振器と、高周波伝送路と、各矩形導
波管アンテナに対する電力分配器および固定位相器とを
設けて夫々のグループ単独で核融合装置内の所定の方向
の高周波を選択的に放射できるようにし、各大電力高周
波発振器の発振周波数を上記グループ間でわずかずつ異
なる様に調整する周波数制御装置を備えたことを特徴と
するプラズマ電流駆動装置。
1. A plasma current driving device for exciting a plasma current in a fusion device for confining plasma by a magnetic field, wherein a plurality of rectangular waveguide antennas are arranged in a direction of a toroidal magnetic field generated by the fusion device. The divided launcher is divided into a plurality of groups with a plurality of adjacent rectangular waveguide antennas as one group, and a high-power high-frequency oscillator, a high-frequency transmission line, and power for each rectangular waveguide antenna are provided for each group. A distributor and a fixed phase shifter are provided so that each group alone can selectively radiate a high frequency in a predetermined direction in the fusion device, and the oscillation frequency of each high power high frequency oscillator is slightly different between the groups. A plasma current driving device comprising a frequency control device for adjusting the frequency in a similar manner.
【請求項2】各大電力高周波発振器の発振周波数をグル
ープ間で数MHz異なるように調整することを特徴とする
請求項1記載のプラズマ電流駆動装置。
2. The plasma current driving device according to claim 1, wherein the oscillation frequency of each high-power high-frequency oscillator is adjusted to differ by several MHz between groups.
【請求項3】ランチャーがマルチジャンクション(Mult
i Junction)ランチャーであり、電力分配器と固定位相
器を内蔵していることを特徴とする請求項1又は2記載
のプラズマ電流駆動装置。
3. The launcher is a multi-junction (Mult
3. The plasma current driving device according to claim 1, wherein the plasma current driving device is a launcher, and includes a power distributor and a fixed phase shifter.
【請求項4】電力分配器が3デシベル分配器であり、固
定位相器がUベントであり、ランチャーに外蔵されてい
ることを特徴とする請求項1又は2記載のプラズマ電流
駆動装置。
4. The plasma current driving device according to claim 1, wherein the power divider is a 3 dB divider, the fixed phaser is a U-bent, and is externally provided in the launcher.
【請求項5】周波数制御装置は、高周波発振器出力の一
部を周波数測定用に取り出す部分と、発振周波数を調整
する電流と、測定された周波数と設定周波数との差信号
に応じた指令値を該発振周波数を調整する電源に与える
部分を具備する請求項1,2,3又は4記載のプラズマ電流
駆動装置。
5. A frequency control device comprising: a part for extracting a part of an output of a high-frequency oscillator for frequency measurement; a current for adjusting an oscillation frequency; and a command value corresponding to a difference signal between the measured frequency and a set frequency. 5. The plasma current driving device according to claim 1, further comprising a portion for supplying a power supply for adjusting the oscillation frequency.
【請求項6】大電力高周波発振器と電力分配器の間の高
周波伝送路にスタブチューナを設けたことを特徴とする
請求項1ないし5のいずれかに記載のプラズマ電流駆動
装置。
6. The plasma current driving device according to claim 1, wherein a stub tuner is provided in a high-frequency transmission line between the high-power high-frequency oscillator and the power distributor.
【請求項7】大電力高周波発振器と電力分配器の間の高
周波伝送路にアイソレータを設けたことを特徴とする請
求項1ないし6のいずれかに記載のプラズマ電流駆動装
置。
7. The plasma current driving device according to claim 1, wherein an isolator is provided in a high-frequency transmission line between the high-power high-frequency oscillator and the power divider.
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