JP2777134B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

高周波加熱装置

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JP2777134B2
JP2777134B2 JP63022890A JP2289088A JP2777134B2 JP 2777134 B2 JP2777134 B2 JP 2777134B2 JP 63022890 A JP63022890 A JP 63022890A JP 2289088 A JP2289088 A JP 2289088A JP 2777134 B2 JP2777134 B2 JP 2777134B2
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孝 永島
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は核融合装置等においてプラズマを高周波で加
熱する高周波加熱装置に係り、特に冷却効果を高めて高
周波の高出力化に適合するものに関する。
(従来の技術) 核融合装置を実現するためには、高い密度(例えば10
20m-3以上)のプラズマを十分な反応率の得られる高い
温度(例えば2億度)まで加熱する必要があり、かかる
プラズマの高温化を実現する手段の1つとして高周波加
熱装置による加熱がある。
ところで高周波加熱装置には、使用する周波数帯によ
り数種類があり、その内の1つとしてプラズマ中の電子
のランダム減衰を利用した低域混成波共鳴周波数帯加熱
装置(以下LHRFという)がある。
以下第3図及び第4図を参照して上記LHRF加熱装置の
構成を説明する。図中符号1は核融合装置のプラズマで
あり、このプラズマ1に上記LHRF加熱装置2のランチャ
3が面している。図中符号4はランチャ3のジャケット
であり、このジャケット4内には複数の導波管5が収容
配置されている。また上記ジャケット4の先端部にはガ
ードリミタ6が取付けられている。尚、図中符号7は高
周波を示している。
又、上記ランチャ3の先端部は高周波7をプラズマ1
中に入射させるべくアンテナとなっており、上記複数の
導波管5が列構造・段構造をなしてプラスマ1に対して
開口している。これをグリルアンテナと称している。そ
してプラズマ1を効率良く加熱するために必要な高周波
スペクトルは上記グリルアンテナで得ることになるが、
この高周波スペクトルはトロイダル方向に隣接する導波
管5相互間に適切な位相差を設けることにより実現され
る。また上記ランチャ3の先端部は高温のプラズマ1と
近接した状態にあるので、その構造健全性を維持するべ
く耐熱構造材料から構成されている。さらに、プラズマ
1との衝突を避けてプラズマ1を効率良く加熱するため
に、ランチャ2の先端部はプラズマ1のトロイダル方向
及びポロイダル方向の曲率に沿った形状(図示せず)と
なっている。
上記構成によると以下のような問題がある。すなわち
導波管5により伝送する高周波7の周波数が高くなれば
遮断周波数もそれに応じて高く選定する必要がある。つ
まり高周波7の周波数が高くなれば導波管5の幅(第4
図中符号aで示す)を小さくしなければならない。それ
とともに効率の良いプラズマ加熱を行う為には、高次モ
ードの波の発生を規制する必要があり、その意味でも上
記導波管5の幅aを小さくする必要がある。又、これは
導波管5の幅aに限ったことではなく、導波管5相互の
軸間距離(第4図中符号bで示す)についても小さくす
る必要がある。
このように効率の良いプラズマ加熱及び電流駆動を行
うためには、導波管5の幅a及び導波管5相互の軸管距
離bをできるだけ小さくする必要があり、これはLHRF加
熱装置2のように2GHz〜4Gzという極めて高い周波数帯
の高周波7を取扱う場合には特に顕著である。
これに対して近年核融合装置の大形化に伴い、上述し
たプラズマ加熱及び電流駆動の効率の向上に対する要求
もさることながら、高い出力の高周波7を伝送してプラ
ズマ1中に入射させるという要求もあり、かかる要求に
対しては導波管5の幅a及び導波管5相互の軸間距離b
の狭小化という構成は逆行してしまうことになる。すな
わち次のような問題が生ずることになる。
まず軸間距離bの狭小化により冷却用の空間が狭隘化
してしまい、必要な冷却用スペースの確保が困難な状態
となる。
またプラズマ1からの輻射熱及び高周波伝送ロスに起
因して、先端部に熱負荷が集中してしまうことになる。
これらの2つの点はいずれも高い出力の高周波7を伝
送してプラズマ1中に入射させる上で好ましいことでは
ない。
(発明が解決しようとする課題) このように従来の構成によると、プラズマ加熱及び電
流駆動の効率の向上という要求と、高い出力の高周波7
を伝送してプラズマ1中に入射させるという要求の両方
を満足させることができないという問題があり、本発明
はこのような点に基づいてなされたものでその目的とす
るところは、プラズマ加熱及び電流駆動の効率の向上を
図るとともに、必要な冷却能力の維持を図って高い出力
の高周波を伝送してプラズマ中に入射させるることが可
能な高周波加熱装置を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) すなわち本発明による高周波加熱装置は、箱状のジャ
ケット内に列構造および段構造をなす複数の導波管を収
容配置してなるランチャに高周波源で発生される高周波
をこのランチャに伝送する高周波伝送路を接続し、前記
ランチャ先端部に開口した前記列構造および段構造をな
す複数の導波管を介して核融合装置のプラズマに前記高
周波を入射してこのプラズマを加熱する高周波加熱装置
において、前記ランチャの先端部より前記高周波伝送路
側に位置する前記列構造および段構造をなす複数の導波
管の列方向の軸間距離を広げるとともに、前記ランチャ
の先端部とこの列方向に軸管距離を広げられた導波管と
の間を緩やかに傾斜した導波管で接続し、前記箱状のジ
ャケットと前記列方向に軸間距離を広げられた導波管お
よび前記緩やかに傾斜した導波管で形成される空間を前
記列方向に軸間距離を広げられた導波管および前記緩や
かに傾斜した導波管の冷却用空間としたことを特徴とす
るものである。
(作用) つまり、ランチャの先端部より高周波伝送路側に位置
する導波管相互間に冷却用空間を形成し、該冷却用空間
を使用して例えば冷却用ガスを循環させることにより導
波管はもとよりランチャを効果的に冷却して、高周波の
高出力化に際して装置の健全性の維持を図るものであ
る。
(実施例) 以下第1図を参照して本発明の第1の一実施例を説明
する。第1図は本実施例による高周波加熱装置2のラン
チャ3を示す図である。尚、従来と同一部分には同一符
号を付して示しその説明は省略する。本実施例の導波管
105の内ランチャ3の先端部(プラズマ1側の最小限の
範囲、図中符号cで示す)に位置する導波管105相互の
軸間距離b1は小さくなっている。これに対して上記プラ
ズマ1側の最小限の範囲cを外れた伝送系側dに位置す
る導波管105b相互の軸間距離b2が大きくなって十分な冷
却用空間111の確保が可能となっている。上記冷却用空
間111内には冷却用ガスとしての窒素(N2)ガス112が循
環している。又上記導波管105a及び105bとの間には緩や
かに傾斜して配設された導波管105cが配置され、この導
波管105cの軸間距離b3はプラズマ1から離間する方向に
徐々に広げられている。また前記冷却用空間111は上記
最小限範囲cとの境界部まで形成されている。
以上の構成を基にその作用を説明する。まずランチャ
2の先端部の必要最小限の範囲cにおいて、導波管105a
相互の軸間距離b1を小さくしているので、プラズマ加熱
及び電流駆動の効率を向上させることができる。
一方上記範囲cを外れた伝送系側の範囲dにあって
は、導波管105b、105c相互の軸間距離b2、b3を大きくし
ているので、必要な冷却用空間の確保が可能となり、高
い出力の高周波7の伝送及びプラズマ1への入射が可能
である。またその際上記範囲cにおける導波管105a相互
の軸間距離b1の狭小化による影響が懸念されるが、既に
述べたようにそれら狭小化の適用はランチャ2の先端部
の必要最小限の範囲cに限定されているので、発熱によ
る影響は最小限の範囲である範囲cに限定されるもので
ある。
次に上記範囲dにおいて導波管105b、105c相互の軸間
距離b2、b3が大きくなったことにより冷却用空間111の
確保が可能となり、かかる冷却用空間111を利用して冷
却用ガスとしての窒素ガス112を循環させて導波管105を
効果的に冷却することができる。これは高い出力の高周
波7の伝送及びプラズマ1への入射によりランチャ2が
高温となることを考えると極めて効果的であり、その健
全性の維持を図ることができる。
以上本実施例によると以下のような効果を奏すること
ができる。
まずプラズマ加熱及び電流駆動の効率の向上、及び伝
送しかつプラズマ1に入射する高周波の高出力化の両方
を可能にすることができる。すなわちプラズマ加熱及び
電流駆動の効率の向上については、ランチャ2の先端部
における必要最小限の範囲cにて導波管105a相互の軸間
距離b1を小さくしたことにより可能となった。一方高周
波7の高出力化については、上記範囲cを外れた伝送系
側dにて導波管105b、105c相互の軸間距離b2、b3を大き
くしたことにより可能となった。またかかる高出力化に
際しても上記範囲cにおける導波管105aの軸間距離b1
狭小化は何等影響を与えるものではない。
次に伝送系側の範囲dにおいて導波管105b、105c相互
の軸間距離b2、b3を大きくしたことにより冷却用空間11
1を確保することができ、この冷却用空間111に冷却用ガ
スとしての窒素ガス112を循環させることにより導波管1
05はもとよりランチャ2を効果的に冷却することができ
る。特に中心部に位置する導波管105についてもその回
りに窒素ガス112が循環するので確実に冷却される。こ
のように効果的な冷却が可能となったことにより、さら
に高出力化が可能となり、例えばガスベーキング時等に
あっても効果的な冷却を提供することができる。
又、緩やかに傾斜して配設された導波管105cは、その
軸間距離b3をプラズマ1側に向って徐々に小さくする構
成となっているので、高周波7の伝送に際しても何等支
障を来たすことはなく、さらに導波管105b及び105aとの
接続部にR形状をなすベンド管を用いる構成を採用すれ
ばさらに効果的である。
さらに、核融合炉においてプラズマ1内にて中性子等
が生成される場合に、傾斜して配設された導波管105cが
あれば、中性子は直接伝送路内に流入することはなく、
よって伝送路における導波管は長期にわたってその健全
性が維持される。
次に第2図を参照して第2の実施例を説明する。この
第2の実施例は、前記第1の実施例の構成に加えて、先
端部に位置する導波管105aの幅a1を狭くしたものであ
り、先端部の導波管105aの幅a1を狭くすることによりプ
ラズマ加熱及び電流駆動の効率をさらに高めようとする
ものに本願発明を適用したものである。またプラズマ1
から離間している導波管105bの幅a2は広くなっている。
また導波管105a及び105bを連結する105cの幅a3はプラズ
マ1に接近するにしたがって徐々に狭くなっている。
この第2の実施例によれば、前記第1の実施例と同様
の効果を奏することができるのはもとより、プラズマ加
熱及び電流駆動の効果をさらに向上させることができ
る。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明による高周波加熱装置によ
ると、プラズマ加熱及び電流駆動の効率の向上はもとよ
り、冷却効果の向上を図って高周波の高出力化に適合さ
せることができ、例えば核融合装置の大形化にも十分対
応することができる等その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例による高周波加熱装置の
ランチャの断面図、第2図は第2の実施例による高周波
加熱装置のランチャの断面図、第3図及び第4図は従来
例の説明に使用した図で、第3図はランチャの斜視図、
第4図はランチャの断面図である。 1……プラズマ、2……高周波加熱装置、3……ランチ
ャ、4……ジャケット、105……導波管、111……冷却用
空間、112……窒素ガス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永島 孝 茨城県那珂郡那珂町向山字中原801番地 の1 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 手塚 勝 東京都港区芝浦1丁目1番1号 株式会 社東芝本社事務所内 (72)発明者 齊藤 靖 東京都港区芝浦1丁目1番1号 株式会 社東芝本社事務所内 (56)参考文献 特開 昭62−76300(JP,A) 特開 昭64−17398(JP,A) 特開 昭64−50389(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21B 1/00 H05H 1/00 - 1/54

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】箱状のジャケット内に列構造および段構造
    をなす複数の導波管を収容配置してなるランチャに高周
    波源で発生される高周波をこのランチャに伝送する高周
    波伝送路を接続し、前記ランチャ先端部に開口した前記
    列構造および段構造をなす複数の導波管を介して核融合
    装置のプラズマに前記高周波を入射してこのプラズマを
    加熱する高周波加熱装置において、前記ランチャの先端
    部より前記高周波伝送路側に位置する前記列構造および
    段構造をなす複数の導波管の列方向の軸間距離を広げる
    とともに、前記ランチャの先端部とこの列方向に軸間距
    離を広げられた導波管との間を緩やかに傾斜した導波管
    で接続し、前記箱状のジャケットと前記列方向に軸間距
    離を広げられた導波管および前記緩やかに傾斜した導波
    管で形成される空間を前記列方向に軸距離を広げられた
    導波管および前記緩やかに傾斜した導波管の冷却空間と
    したことを特徴とする高周波加熱装置。
JP63022890A 1988-02-04 1988-02-04 高周波加熱装置 Expired - Lifetime JP2777134B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6276300A (ja) * 1985-09-30 1987-04-08 株式会社東芝 高周波ランチヤ−

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