JPH03201400A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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用いられる高周波加熱装置に関
するものである。

（従来の技術） 一般に核融合炉または核融合実験装置等で発生したプラ
ズマに高周波電力を入射してプラズマを加熱する高周波
加熱装置は、例えば第３図に示すように源発振器１、励
振増幅系２、大電力増幅系３、インピーダンス整合器４
、高周波加熱アンテナ５から構成され、源発振器１で発
生した高周波電力は励振増幅系２で適当な出力レベルま
で増幅されると共にプラズマを加熱するのに必要なパル
ス波形とパルス幅にＭｕされる。そして、励振増幅系２
で増幅及び波形：Ａ４ｉされ・た高周波電力は大電力増
幅系３でプラズマ加熱に必要なＭＷ級の大電力まで増幅
され、インピーダンス整合器４を介して高周波加熱アン
テナ５からプラズマ中に入射される。

このように構成される高周波加熱装置は、プラズマで反
射されて高周波加熱アンテナ５に戻ってきた反射電力が
大電力増幅系３から出力される高周波電力と重なり合う
ことによって大電力増幅系３と高周波加熱アンテナ５と
の間に定在波が発生し、この定在波によって大電力増幅
系３と高周波加熱アンテナ５とのＩＪに大きな電力が蓄
積される。

そして、その蓄積電力が大電力増幅系３に対し大きな負
荷となり、反射電力の大きさによっては大電力増幅系３
の破損に至る可能性があるため、反射電力から大電力増
幅系３を保護するために大電力増幅系３とインピーダン
ス整合器４およびインピーダンス整合器４と高周波加熱
アンテナ５との間に方向性結合器６，７を設置し、これ
らの方向性結合器６．７により大電力増幅系３から高周
波加熱アンテナ５に送出される高周波電力とプラズマか
ら高周波加熱アンテナ５に戻ってきた反射電力を測定す
るようにしている。

すなわち、上記方向性結合器６，７はそれぞれ反射電力
検出器８および定在波検出器９と接続しており、これら
の検出器８．９によって大電力増幅系３と高周波加熱ア
ンテナ５との間に蓄積された反射電力と定在波を検出し
ている。また、上記反射電力検出器８および定在波検出
器９から出力された反射電力と定在波の検出信号はレベ
ル制御器１０に人力され、このレベル制御器１０であら
かじめ設定された反射電力設定値Ｐυおよび定在波設定
値ＳＵと比較される。そして、反射電力検出器８および
定在波検出器９で検出された値が上記設定値Ｐ、、ＳＵ
より高い場合にはレベル制御器１０から制御信号が出力
され、第４図または第５図に示すように励振増幅系２の
出力レベルをゼロまたは大きく下げることによって大電
力増幅系３を反射電力から保護している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような高周波加熱装置では大電力の高周
波をプラズマへ安定して入射させるために、大電力増幅
系３を構成する大電力増幅管（図示せず）とインピーダ
ンス整合器４よりアンテナ側の結合系と呼ばれる部分の
枯化（エージング）作業をプラズマへ高周波電力を入射
する前に完了させておく必要がある。このエージング作
業はいわゆるならし運転の意味を持ち、高周波加熱アン
テナ５からプラズマに入射された高周波電力が高周波加
熱アンテナ５に戻ってこないようにインピーダンス整合
器４を調整し、常に最良の整合状態を保ちながら大電力
増幅系３の出、力を徐々に上げていくものである。

しかしながら、上述した従来装置によるとエージング作
業中に何等かの理由で整合状態が崩れ、高周波加熱アン
テナ５からの反射電力が大きくなった場合、前述した如
く励振増幅系２の出力をゼロまたは大きく下げる信号が
レベル制御器１０から出力されるため、エージング作業
に要する時間が長くなり、励振珈幅系の出力レベルをプ
ラズマ加熱に必要な出力レベルに到達させるのに時間が
かかるという問題があった。

また、枯化作業終了後の実際にプラズマを加熱するため
に高周波を入射する場合についても同様な問題があった
。

すなわち、プラズマ加熱時には前述のようにアンテナ５
よりＭＷ級の高周波を長時間プラズマへ入射する必要が
ある。しかしながら、プラズマは必ずしも安定なもので
はなく、インピーダンス整合器４で入射直前に最良の整
合状態に調整しであるにもかかわらず入射中に整合状態
がずれることがあ゛す、その場合も前述の如く高周波電
力を減する若しくはゼロにする必要があり、実験効率が
はなはだ悪いという問題もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高周
波加熱アンチ、すからの反射電力が大きくなっても励振
増幅系の出力をゼロまたは大きく下げることなくエージ
ング作業を行なうことができ、励振増幅系の出力レベル
をプラズマ加熱に必要な出力レベルに短時間で到達させ
ることができ、かつプラズマ入射実験時においても入射
電力を減する若しくはゼロにする必要がなく、常にプラ
ズマに対して高周波が入射可能な高周波加熱装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、源発振器と、この
源発振器から発振した高周波電力を励振増幅する励振増
幅系と、この励振増幅系で増幅された高周波電力をプラ
ズマ加熱に必要な大電力まで増幅する大電力増幅系と、
この大電力増幅系で増幅された高周波電力をインピーダ
ンス整合器を介してプラズマへ入射する高周波加熱アン
テナと、前記大電力増幅系と前記高周波加熱アンテナと
の間に設けられた方向性結合器と、この方向性結合器を
介して前記高周波加熱アンテナからの反射電力を検出す
る反射電力検出器と、この反射電力検出器で検出された
反射電力があらかじめ定められた上限レベルより高い場
合に前記励振増幅系の出力を下げる信号を出力し前記反
射電力があらかじめ定められた下限レベルより低い場合
には前記励振増幅系の出力を上げる信号を出力するレベ
ル制御器とを具備したものである。

（作　用） すなわち、本発明は高周波加熱アンテナからの反射電力
があらかじめ定められた上限レベルより高い場合には励
振増幅系の出力を下げる信号が出力され、また反射電力
があらかじめ定められた下限レベルより低い場合には励
振増幅系の出力を上げる信号が出力されるので、高周波
加熱アンテナからの反射電力が大きくなっても励振増幅
系の出力をゼロまたは大きく下げることなくエージング
作業を行なうことができ、励振増幅系の出力レベルをプ
ラズマ加熱に必要な出力レベルに短時間で到達させるこ
とができ、かつプラズマ入射実験時においても入射電力
を減する若しくはゼロにする必要がなく、常にプラズマ
に対して高周波が入射可能になる。

（丈施例） 以下、図市を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による高周波加熱装置の一実施例を示す
ブロック＋ｉ■成図で、この高周波加熱装置は第３図に
示した従来装置と同様に源発振器１、励振増幅系２、大
電力増幅系３、インピーダンス整合器４および高周波加
熱アンテナ５から構成され、源発振器１で発生した高周
波電力は励振増幅系２で適当な出力レベルまで増幅され
ると共にプラズマを加熱するのに必要な波形とパルス幅
に調整される。そして、励振増幅系２で増幅及び波形調
整された高周波電力は大電力増幅系３でプラズマ加熱に
必要なＭＷ級の大電力まで増幅された後、インピーダン
ス整合器４を介して高周波加熱アンテナ５からプラズマ
中に入射されるようになっている。

また、上記大電力増幅系３とインピーダンス整合器４お
よびインピーダンス整合器４と高周波加熱アンテナ５と
の間には方向性結合器６．７が設置されている。これら
の方向性結合器６．７はそれぞれ反射電力検出器８およ
び定在波検出器９と接続しており、これらの反射電力検
出器８および定在波検出器９により高周波加熱アンテナ
５からの反対ｔａ力と定花波を検出している。また、上
記反射電力検出器８および定在波検出器９で検出された
反射電力と定在波の検出信号はレベル制御器１０に入力
され、このレベル制御器１ｏでアラ力じめ設定された反
射電力上限レベル設定値ＰＵ、反射電力下限レベル設定
値ＰＬおよび定在波設定値ＳＵと比較される。そして、
反射電力検出器８で検出された反射電力が反射電力上限
レベル設定値ＰＵより高い場合には励振増幅系２の出力
を下げる信号が、また反射電力が反射電力下限レベル設
定値ＰＬより低い場合には励振増幅系２の出力を上げる
信号がレベル制御器１０から出力されるようになってい
る。

第２園はプラズマ側から高周波加熱アンテナ５に戻って
きた反射電力と励振増幅系２から出力される高周波電力
との関係を示したもので、同図に示すように時刻ｔ１に
おいて反射電力が反射電力主眼レベル設定値ＰＵに達す
ると励振１曽幅系２の出力レベルがＰｌからＰｌに低下
し、さらに時刻１、から所定時間経過後の時刻ｔ２にお
いて反射電力が再び反射電力上限レベル設定値ＰＵに達
すると励振増幅系２の出力レベルがＰｌからＰ３にさら
に低下する。また、時刻ｔ２から所定時間経過後の時刻
ｔ３において反射電力が反射電力下限レベル設定値ＰＬ
に達すると励振マ告幅系２の出力レベルがＰ３からＰ２
に上昇する。そして、時刻ｔ３から所定時間経過後の時
刻ｔ４において反射電力が反射電力上限レベル設定値Ｐ
υに達すると励振増幅系２の出力レベルがＰ２からＰ３
１こ再び低下する。

このように本実施例では高周波加熱アンテナ５からの反
射電力が反射電力上限レベル設定値Ｐｕより高い場合に
は励振増幅系２の出力を下げる信号が出力され、反射電
力が反射電力下限レベル設定値ＰＬより低い場合には励
振増幅系２の出力を上げる信号が出力されるので、高周
波加熱アンテナ５からの反射電力をあらかじめ定められ
ｔこ許容範囲内に制御することがてきる。した力くって
、高周波加熱アンテナ５からの反射電力が大きくなって
も励振増幅系２から出力される高周波電力の出力レベル
をゼロまたは大きく下げることなくエージング作業およ
びプラズマ入射実験を行なうことができる。したがって
、エージング作業の時間を短縮することができ、励振増
幅系の出力レベルをプラズマ加熱に必要な出力レベルに
短時間で到達させることができ、かつプラズマ入射実験
時においても常にプラズマに対して高周波の入射が可能
となり、実験の効率が上がる。

なお、上記実施例では大電力増幅系３とインピーダンス
整合器４との間に方向性結合器６を設置して高周波加熱
アンテナ５からの反射電力を測定するようにしたが、イ
ンピーダンス整合器４と高周波加熱アンテナ５との間に
設置された方向性結合器７を反射電力検出器８に接続し
て高周波加熱アンテナ５からの反射電力を測定するよう
にしてもよい。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明は、源発振器と、この源発振
器から発振した高周波電力を励振増幅する励振ま曽幅系
と、この励振増幅系で土曽幅された高周波電力をプラズ
マ加熱に必要な大電力まで土曽幅する大７は力堆幅系と
、この大電力増幅系で増幅された高周波電力をインピー
ダンス整合器を介してプラズマへ入射する高周波加熱ア
ンテナと、前記大電力増幅系と前記高周波加熱アンテナ
との間に設けられた方向性結合器と、この方向性結合器
を介して前記高周波加熱アンテナからの反射電力を検出
する反射電力検出器と、この反射電力検出器で検出され
た反射電力があらかじめ定められた上限レベルより高い
場合に前記励振増幅系の出力を下げる信号を出力し前記
反射電力があらかじめ定められた下限レベルより低い場
合には前記励振増幅系の出力を上げる信号を出力するレ
ベル制御器とを具備したものである。

したがって、高周波加熱アンテナからの反射電力があら
かじめ定められた上限レベルより高い場合には励振増幅
系の出力を下げる信号が、また反射電力があらかじめ定
められた下限レベルより低い場合には励振増幅系の出力
を上げる信号が出力されるので、高周波加熱アンテナか
らの反射電力が大きくなっても励振増幅系から出力され
る高周波電力の出力レベルをゼロまたは大きく下げるこ
となくエージング作業を行なうことができ、励振増幅系
の出力レベルをプラズマ加熱に必要な出力レベルに短時
間で到達させることができ、かつプラズマ入射実験時に
おいて、プラズマが不安定でアンテナとプラズマ間の整
合がずれてしまってもプラズマへ入射する高周波電力を
大きく減する若しくはゼロにする必要がなく、常にある
レベル以上の高周波がプラズマへ入射できるため、プラ
ズマ入射実験において効率の良い高周波加熱装置を堤供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高周波加熱装置の一実施例を示す
ブロック構成図、第２図は同実施例の作用説明図、第３
図は従来の高周波加熱装置のブロック構成図、第４図お
よび第５図は従来の高周波加熱装置の作用説明図である
。 １・・・源発振器、２・・・励振増幅系、３・・・大電
力増幅系、４・・・インピーダンス整合器、５・・・高
周波加熱アンテナ、６．７・・・方向性結合器、８・・
・反射電力検出器、９・・定在波検出器、１０・・・レ
ベル制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 源発振器と、この源発振器から発振した高周波電力を励
   振増幅する励振増幅系と、この励振増幅系で増幅された
   高周波電力をプラズマ加熱に必要な大電力まで増幅する
   大電力増幅系と、この大電力増幅系で増幅された高周波
   電力をインピーダンス整合器を介してプラズマへ入射す
   る高周波加熱アンテナと、前記大電力増幅系と前記高周
   波加熱アンテナとの間に設けられた方向性結合器と、こ
   の方向性結合器を介して前記高周波加熱アンテナからの
   反射電力を検出する反射電力検出器と、この反射電力検
   出器で検出された反射電力があらかじめ定められた上限
   レベルより高い場合に前記励振増幅系の出力を下げる信
   号を出力し前記反射電力があらかじめ定められた下限レ
   ベルより低い場合には前記励振増幅系の出力を上げる信
   号を出力するレベル制御器とを具備したことを特徴とす
   る高周波加熱装置。