JP3073436B2 - 核融合プラズマの制御方法 - Google Patents
核融合プラズマの制御方法Info
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- JP3073436B2 JP3073436B2 JP08000287A JP28796A JP3073436B2 JP 3073436 B2 JP3073436 B2 JP 3073436B2 JP 08000287 A JP08000287 A JP 08000287A JP 28796 A JP28796 A JP 28796A JP 3073436 B2 JP3073436 B2 JP 3073436B2
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- Japan
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- plasma
- fusion
- magnetic field
- fusion plasma
- electrode
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- 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
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、核融合プラズマの制
御方法に関する。
御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知の如く、磁場閉じ込め型核融合炉で
は、核融合プラズマの表面近傍のプラズマ圧力を高める
ことによりプラズマの閉じ込め性能が改善されることが
知られている。従来は、図６に示すようにイオン源１か
らイオンを引き出し、加速部２でそのイオンを１００Ｋ
ｅＶ〜１ＭｅＶに加速し、中性化セル３を通過させて中
性粒子ビームを得る中性粒子ビーム入射装置を用いて核
融合プラズマ４の表面近傍に中性粒子ビーム５を入射
し、表面近傍のプラズマ密度を高めることによってプラ
ズマ圧力を高くし、核融合プラズマの閉じ込め性能の改
善を図っていた。
は、核融合プラズマの表面近傍のプラズマ圧力を高める
ことによりプラズマの閉じ込め性能が改善されることが
知られている。従来は、図６に示すようにイオン源１か
らイオンを引き出し、加速部２でそのイオンを１００Ｋ
ｅＶ〜１ＭｅＶに加速し、中性化セル３を通過させて中
性粒子ビームを得る中性粒子ビーム入射装置を用いて核
融合プラズマ４の表面近傍に中性粒子ビーム５を入射
し、表面近傍のプラズマ密度を高めることによってプラ
ズマ圧力を高くし、核融合プラズマの閉じ込め性能の改
善を図っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の手法では、中性化セルでの減衰が激しいため、
核融合プラズマに供給できる粒子量が少なく効率が低
い。また、粒子自体のエネルギーが高いため、核融合プ
ラズマをつけぬけてしまう粒子も多く、核融合炉の内壁
に損傷を与えてしまう確率が高いという問題点があっ
た。
た従来の手法では、中性化セルでの減衰が激しいため、
核融合プラズマに供給できる粒子量が少なく効率が低
い。また、粒子自体のエネルギーが高いため、核融合プ
ラズマをつけぬけてしまう粒子も多く、核融合炉の内壁
に損傷を与えてしまう確率が高いという問題点があっ
た。
【０００４】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、無力磁場配位をしたトーラス状のプラズマを
高速度で核融合プラズマへ入射することにより、核融合
プラズマに供給できる粒子量を多くして効率を高めると
ともに、核融合炉の内壁に損傷を与えてしまう確率を低
くしえる核融合プラズマの制御方法を提供することを目
的とする。
たもので、無力磁場配位をしたトーラス状のプラズマを
高速度で核融合プラズマへ入射することにより、核融合
プラズマに供給できる粒子量を多くして効率を高めると
ともに、核融合炉の内壁に損傷を与えてしまう確率を低
くしえる核融合プラズマの制御方法を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、無力磁場配
位をしたトーラス状のプラズマを高速度で核融合プラズ
マへ入射し、核融合プラズマの密度もしくは電場の分布
を制御することを特徴とする核融合プラズマの制御方法
である。
位をしたトーラス状のプラズマを高速度で核融合プラズ
マへ入射し、核融合プラズマの密度もしくは電場の分布
を制御することを特徴とする核融合プラズマの制御方法
である。
【０００６】この発明の作用は、以下のようになる。
【０００７】ＣＴ（Ｃompact Ｔroid）11は図３に示す
ようにドーナツ状のプラズマで内部にトロイダル電流12
とポロイダル電流13を持ち、これらがポロイダル磁束14
とトロイダル磁束15を作り出している。これらの磁場は
ＣＴ11をドーナツ状に保つ役割を担っており、この構造
は無力磁場配位となっている。
ようにドーナツ状のプラズマで内部にトロイダル電流12
とポロイダル電流13を持ち、これらがポロイダル磁束14
とトロイダル磁束15を作り出している。これらの磁場は
ＣＴ11をドーナツ状に保つ役割を担っており、この構造
は無力磁場配位となっている。
【０００８】ＣＴ11を磁場のある空間に高速度で入射し
たとき、ＣＴ11は外部磁場の磁気圧により減速し、外部
磁場をＢe としたとき、 Ｂｅ＝ｖ0 ／（ρμ0 ）0.5 …（１） となった位置で止まる。上式においては、ｖ0 はＣＴの
初期入射速度、ρはＣＴの質量密度、μ0 は真空の透磁
率である。ＣＴが磁場のある空間に入ると、ＣＴの中心
軸ＺG と外部磁束の向きによってその挙動が異なる。
たとき、ＣＴ11は外部磁場の磁気圧により減速し、外部
磁場をＢe としたとき、 Ｂｅ＝ｖ0 ／（ρμ0 ）0.5 …（１） となった位置で止まる。上式においては、ｖ0 はＣＴの
初期入射速度、ρはＣＴの質量密度、μ0 は真空の透磁
率である。ＣＴが磁場のある空間に入ると、ＣＴの中心
軸ＺG と外部磁束の向きによってその挙動が異なる。
【０００９】一方、中心軸ＺG と外部磁束が直交してい
る場合、図４に示すように、ＣＴ11はローレンツ力によ
り回転運動をはじめ外部磁束16をかいくぐりながら進
み、上式（１）を満たしたところで停止する。このと
き、ＣＴの磁束と外部磁束が外側から結合していき、Ｃ
Ｔ内部のプラズマがＣＴから放出される。
る場合、図４に示すように、ＣＴ11はローレンツ力によ
り回転運動をはじめ外部磁束16をかいくぐりながら進
み、上式（１）を満たしたところで停止する。このと
き、ＣＴの磁束と外部磁束が外側から結合していき、Ｃ
Ｔ内部のプラズマがＣＴから放出される。
【００１０】また、中心軸ＺG と外部磁束16が逆方向の
場合、図５に示すようにＣＴのポロイダル磁束14と外部
磁束16が逆方向のため、走行中に磁力線結合17を起こ
す。こととき、結合部では強い電場が発生するため、プ
ラズマ中の電子が加速されてＣＴの外へ放出される。一
方のイオンはとりのこされるため、ＣＴは正電位をもつ
ことになり、停止時にはイオンが供給されることにな
る。
場合、図５に示すようにＣＴのポロイダル磁束14と外部
磁束16が逆方向のため、走行中に磁力線結合17を起こ
す。こととき、結合部では強い電場が発生するため、プ
ラズマ中の電子が加速されてＣＴの外へ放出される。一
方のイオンはとりのこされるため、ＣＴは正電位をもつ
ことになり、停止時にはイオンが供給されることにな
る。
【００１１】ＣＴは静止状態になった時点でその構造が
崩れるため、核融合プラズマへ入射した場合には、局所
的な粒子供給が可能となる。また、核融合プラズマへの
入射方向を変えることにより供給するプラズマの状態を
変えることができ、核融合プラズマのポロイダル磁場と
逆方向の向きのＣＴを入射すると、イオンの過剰なプラ
ズマを局所的に供給することができるため、核融合プラ
ズマ中に電場を作り出すことができる。この電場を核融
合プラズマの表面近傍に作ると、核融合プラズマの磁場
構造を越えてきた高速イオンをプラズマ中心部へ追いか
えすことができる。
崩れるため、核融合プラズマへ入射した場合には、局所
的な粒子供給が可能となる。また、核融合プラズマへの
入射方向を変えることにより供給するプラズマの状態を
変えることができ、核融合プラズマのポロイダル磁場と
逆方向の向きのＣＴを入射すると、イオンの過剰なプラ
ズマを局所的に供給することができるため、核融合プラ
ズマ中に電場を作り出すことができる。この電場を核融
合プラズマの表面近傍に作ると、核融合プラズマの磁場
構造を越えてきた高速イオンをプラズマ中心部へ追いか
えすことができる。
【００１２】
（実施例１）以下、この発明に係るプラズマ制御装置に
ついて図１を参照して説明する。
ついて図１を参照して説明する。
【００１３】図中の符番31は外部電極であり、この外部
電極31の内側に内部電極32，加速電極33が順次前記外部
電極31と同軸上に配置されている。前記外部電極31と内
部電極32間、内部電極32と加速電極33間は、夫々インシ
ュレータ34により絶縁されている。前記外部電極31と加
速電極33間にはＣＴ（Ｃompact Ｔroid）35が配置され
ている。前記外部電極31の外側で内部電極32の所定の位
置に対応した部分には、バイアスコイル36が配置されて
いる。このバイアスコイル36には、コイル電源37が接続
されている。
電極31の内側に内部電極32，加速電極33が順次前記外部
電極31と同軸上に配置されている。前記外部電極31と内
部電極32間、内部電極32と加速電極33間は、夫々インシ
ュレータ34により絶縁されている。前記外部電極31と加
速電極33間にはＣＴ（Ｃompact Ｔroid）35が配置され
ている。前記外部電極31の外側で内部電極32の所定の位
置に対応した部分には、バイアスコイル36が配置されて
いる。このバイアスコイル36には、コイル電源37が接続
されている。
【００１４】前記バイアスコイル36の間から突出する前
記外部電極31には、高速電磁弁38が設置されている。こ
の高速電磁弁38には高速ガス槽39が接続されている。前
記外部電極31と内部電極32にはプラズマ生成用パルス電
源40が接続され、内部電極32と加速電極33には加速用パ
ルス電源41が接続されている。なお、図中の符番42は真
空ポンプである。
記外部電極31には、高速電磁弁38が設置されている。こ
の高速電磁弁38には高速ガス槽39が接続されている。前
記外部電極31と内部電極32にはプラズマ生成用パルス電
源40が接続され、内部電極32と加速電極33には加速用パ
ルス電源41が接続されている。なお、図中の符番42は真
空ポンプである。
【００１５】次に、こうした装置を用いたＣＴの生成方
法について説明する。なお、実施例１は核融合プラズマ
に対して側面からＣＴ35を入射するものであり、ＣＴ35
は図の左側で生成し、右側の核融合プラズマ43へ入射す
るものである。まず、コイル電源37からバイアスコイル
36に電流を供給して高速電磁弁38の右側の領域に半径方
向の磁場を作る。次に、高速ガス槽39から高速電磁弁38
内のガスだめへ供給された燃料ガスを高速電磁弁38を駆
動して内部電極32−外部電極31間に噴射する。それと同
時にプラズマ生成用パルス電源40を駆動してガスをプラ
ズマ化する。
法について説明する。なお、実施例１は核融合プラズマ
に対して側面からＣＴ35を入射するものであり、ＣＴ35
は図の左側で生成し、右側の核融合プラズマ43へ入射す
るものである。まず、コイル電源37からバイアスコイル
36に電流を供給して高速電磁弁38の右側の領域に半径方
向の磁場を作る。次に、高速ガス槽39から高速電磁弁38
内のガスだめへ供給された燃料ガスを高速電磁弁38を駆
動して内部電極32−外部電極31間に噴射する。それと同
時にプラズマ生成用パルス電源40を駆動してガスをプラ
ズマ化する。
【００１６】発生したプラズマは自己磁場により生じる
ローレンツ力で右側に動きだし、バイアスコイル36が作
り出した磁場領域内に入る。プラズマは反磁性体である
ため磁力線を引きずりながら移動する。プラズマがさら
に右側へ移動すると、プラズマの後方で磁力線の再結合
が起こり、プラズマが閉じた磁力線の内側に閉じ込めら
れ、ＣＴ35が形成される。ＣＴ35が外部電極31−内部電
極32間から外部電極31−加速電極33間へ移動すると同時
に加速用バイパス電源41を駆動してＣＴ35の直後にある
シートプラズマに電流を流し、ＣＴを所定の速度にまで
加速する。ＣＴ生成時に残留したガスは真空ポンプ42に
て排気する。
ローレンツ力で右側に動きだし、バイアスコイル36が作
り出した磁場領域内に入る。プラズマは反磁性体である
ため磁力線を引きずりながら移動する。プラズマがさら
に右側へ移動すると、プラズマの後方で磁力線の再結合
が起こり、プラズマが閉じた磁力線の内側に閉じ込めら
れ、ＣＴ35が形成される。ＣＴ35が外部電極31−内部電
極32間から外部電極31−加速電極33間へ移動すると同時
に加速用バイパス電源41を駆動してＣＴ35の直後にある
シートプラズマに電流を流し、ＣＴを所定の速度にまで
加速する。ＣＴ生成時に残留したガスは真空ポンプ42に
て排気する。
【００１７】核融合プラズマへ入射されたＣＴは核融合
プラズマ43の持つポロイダル磁場44と直交した向きに軸
を持つため、ＣＴは回転しながら核融合プラズマ43の中
を進み、上記式（１）を満たす磁場の位置に達したとこ
ろでＣＴが崩壊する。ＣＴ崩壊に伴って放出されたプラ
ズマは核融合プラズマの磁気面に沿って拡散し、その磁
気面の部分のプラズマ密度を上昇させる。
プラズマ43の持つポロイダル磁場44と直交した向きに軸
を持つため、ＣＴは回転しながら核融合プラズマ43の中
を進み、上記式（１）を満たす磁場の位置に達したとこ
ろでＣＴが崩壊する。ＣＴ崩壊に伴って放出されたプラ
ズマは核融合プラズマの磁気面に沿って拡散し、その磁
気面の部分のプラズマ密度を上昇させる。
【００１８】（実施例２）図２を参照する。ここで、図
１と同部材は同符番を付して説明を省略する。この実施
例２では、核融合プラズマ43のポロイダル磁場44に対し
て平行向きにＣＴを入射する実施例を示す。ＣＴの生成
加速部は核融合プラズマ43の上面に設置する。ＣＴは先
の実施例１と同じ過程で生成し所定速度にまで加速して
核融合プラズマ43へ入射する。入射されたＣＴはポロイ
ダル磁場44と磁気結合して電子をポロイダル磁場の方向
に排出しながら侵入していき、上記式（１）を満たす位
置で最終的に崩壊する。この際、イオンはトロイダル方
向に走るプラズマ電流にのって拡散し、イオンによる正
の電位障壁を形成する。電位障壁の内側には強い電場が
生じるため、核融合プラズマ43の磁気面を越えてきた高
速のイオンはこの電場ではね返される。その結果、核融
合プラズマの拡散が少なくなる。
１と同部材は同符番を付して説明を省略する。この実施
例２では、核融合プラズマ43のポロイダル磁場44に対し
て平行向きにＣＴを入射する実施例を示す。ＣＴの生成
加速部は核融合プラズマ43の上面に設置する。ＣＴは先
の実施例１と同じ過程で生成し所定速度にまで加速して
核融合プラズマ43へ入射する。入射されたＣＴはポロイ
ダル磁場44と磁気結合して電子をポロイダル磁場の方向
に排出しながら侵入していき、上記式（１）を満たす位
置で最終的に崩壊する。この際、イオンはトロイダル方
向に走るプラズマ電流にのって拡散し、イオンによる正
の電位障壁を形成する。電位障壁の内側には強い電場が
生じるため、核融合プラズマ43の磁気面を越えてきた高
速のイオンはこの電場ではね返される。その結果、核融
合プラズマの拡散が少なくなる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、核融合プラズマ表面近傍の密度分布を局所的に高く
できるとともに、核融合プラズマ表面近傍に電場分布を
作ることができ、磁気構造を越えた高速イオンをプラズ
マ中心部へ追いかえすことができる。従って、核融合プ
ラズマのとじ込み性能が大幅に改善される。また、本手
法では放電により直接ＣＴを生成するので、核融合プラ
ズマへの燃料供給効率が高く、中世粒子ビーム入射装置
を使用する場合に比べて核融合と点火時に必要なエネル
ギーを抑えることも可能になる。
ば、核融合プラズマ表面近傍の密度分布を局所的に高く
できるとともに、核融合プラズマ表面近傍に電場分布を
作ることができ、磁気構造を越えた高速イオンをプラズ
マ中心部へ追いかえすことができる。従って、核融合プ
ラズマのとじ込み性能が大幅に改善される。また、本手
法では放電により直接ＣＴを生成するので、核融合プラ
ズマへの燃料供給効率が高く、中世粒子ビーム入射装置
を使用する場合に比べて核融合と点火時に必要なエネル
ギーを抑えることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１に係るプラズマ入射装置の
説明図。
説明図。
【図２】この発明の実施例２に係るプラズマ入射装置の
説明図。
説明図。
【図３】ＣＴの構造に関する説明図。
【図４】磁場空間へ磁場の方向に直交したＣＴが入射さ
れた時のＣＴの挙動を示す説明図。
れた時のＣＴの挙動を示す説明図。
【図５】磁場空間へ磁場の方向と逆向きのＣＴが入射さ
れた時のＣＴの挙動を示す説明図。
れた時のＣＴの挙動を示す説明図。
【図６】従来のプラズマ入射装置の説明図。
11、35…ＣＴ（Ｃompact Ｔroid）、 12…トロイダル電流、 13…ポロイダル電流、 14…ポロイダル磁束、 15…トロイダル磁束、 16…外部磁束、 17…磁力線結合、 31…外部電極、 32…内部電極、 33…加速電極、 34…インシュレータ、 36…バイアスコイル、 37…コイル電源、 38…高速電磁弁、 40…プラズマ生成用パルス電源、 41…加速用パルス電源、 43…核融合プラズマ、 44…ポロイダル磁場。
Claims (1)
- 【請求項１】 無力磁場配位をしたトーラス状のプラズ
マを高速度で核融合プラズマへ入射し、核融合プラズマ
の密度もしくは電場の分布を制御することを特徴とする
核融合プラズマの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08000287A JP3073436B2 (ja) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | 核融合プラズマの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08000287A JP3073436B2 (ja) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | 核融合プラズマの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09189786A JPH09189786A (ja) | 1997-07-22 |
| JP3073436B2 true JP3073436B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=11469698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08000287A Expired - Lifetime JP3073436B2 (ja) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | 核融合プラズマの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3073436B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8537958B2 (en) | 2009-02-04 | 2013-09-17 | General Fusion, Inc. | Systems and methods for compressing plasma |
| CA2767904C (en) | 2009-07-29 | 2014-10-14 | General Fusion, Inc. | Systems and methods for plasma compression with recycling of projectiles |
| WO2012173864A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | The Curators Of The University Of Missouri | Systems and methods to generate a self-confined high density air plasma |
| CN113035379B (zh) * | 2021-03-08 | 2024-02-23 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于紧凑环等离子体的单级高速加料系统 |
-
1996
- 1996-01-05 JP JP08000287A patent/JP3073436B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09189786A (ja) | 1997-07-22 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000509 |