JPH03269291A - プラズマ核融合装置用ヘリカルコイル容器 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、プラズマ核融合装置の放電管に形成された
コイル溝に設置される、プラズマ核融合装置用ヘリカル
コイル容器に関するものである。

［従来の技術］ 第１０図は、例えば、特開昭５３−４４７９８号公報に
記載された従来のプラズマ核融合装置用ヘリカルコイル
容器を示し、同図において、（１）は放電管、（２）は
ヘリカルコイル、（２ａ）は対地絶縁、（３）はヘリカ
ルコイルを巻回するためのコイル溝に形成されたコイル
ガイドである。コイルガイド（３）は、放電管（１）の
コイル溝（４）に熱硬化性樹脂と充填材を混合させ、あ
る程度の流動性を持たせたコンパウンドを充填し、木製
などで形成された任意のコイルピッチに分割してなるコ
イル型で押圧成型して形成される。

以上の構成により、ヘリカルコイル（２）は、コイルガ
イド（３）を案内として巻線されるため、放電管（１）
の製作精度に関りなく、簡便に高精度に巻回することが
でき、安定にプラズマを閉し込めることのできるヘリカ
ルコイルを得ることができる。

第１１図は文部省の次期大型ヘリカル設置設計部会によ
り、昭和６３年３月　に発行された「次期大型ヘリカル
装置計画報告書：第二部：本体基本設計：第２章：　ｐ
、１０７　Ｊに示された超電導ヘリカル装置の全体構成
図である。同図において、断熱真空容器（２１）に含ま
れているものは、ボロイダルコイル（２２）、熱シール
ド（２ｇ）、放電管（Ｚ５）、支持シェル（２８）、５
ＩＩＥ熱交換器（２９）等であり、ヘリカルコイル（２
６）は液体ヘリウム温度（〜４　Ｋ　）を維持させるた
め、常温からベーキング温度（〜３００℃）の放電管（
２５）と接触しないよう、放電管（２５）の溝に設置さ
れたヘリカルコイル容器に納められる。

また、（２４）は階下に設けられた液体ヘリウムのリザ
ーバである。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のプラズマ核融合装置用ヘリカルコイル容器は以上
のように構成されていたので、放電管と空間的に分離さ
れたコイル容器を必要とするプラズマ核融合装置のヘリ
カルコイルの製作、例えば超電導ヘリカルコイルの製作
では、放電管とヘリカルコイルの間に成型部材を充填し
てコイルを製作できないという問題があった。

また、第１１図のヘリカルコイルは、放電管と空間的に
分離されたコイル容器を必要とし、従来の方法でコイル
容器を製作することができない。このようなヘリカルコ
イルを製作するためには、第１２図に示すような分割さ
れたコイル容器（２７ａ）を空間的に互いに接続し、こ
の容器の溝にコイルを巻回して構成する必要がある。

第１２図のコイル容器（２７ａ）を空間的に互いに接続
する方法として、例えば溶接が考えられるが、溶接によ
る大きな変形が生じ、これに伴うヘリカル状溝の製作誤
差も大きいので、この溝に沿って巻回されるヘリカルコ
イルの製作誤差も大きなものとなる。一方、ヘリカル状
溝の溶接による変形を機械加工などで削正することも考
えられるが、ヘリカル状をしており機械加工は極めて困
難であるか、または、高精度の数値制御装置なとで加工
するにしても、多大の時間を要し、経済的てない。

さらに、溶接で接続されたコイル容器は金属的に結合さ
れた構造になるため、ボロイダル磁場変化やプラズマ消
滅時に発生するコイル容器の渦電流が大きくなる。この
大きな渦電流によって発生する誤差磁場のため、安定な
プラズマ閉じ込めが困難となる。また、過大な渦電流発
生は交流損失の増大（熱負荷の増大）となり、例えば超
電導ヘリカルコイルでは冷凍負荷の増大という問題につ
ながる。

また、例えば、浸漬冷却型ヘリカルコイル容器のように
、コイル容器に気密性を要する場合には接続箇所に気密
機構を設ける必要が生じる。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたちの
て、ヘリカルコイルを所望の精度に保ちながら放電管と
空間的に分離でき、かつ、プラズマを安定に閉し込める
ことのできる低熱負荷にして気密性の高いプラズマ核融
合装置用ヘリカルコイル容器を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の第一の発明に係るプラズマ核融合装置用ヘリ
カルコイル容器は、巻線方向に複数に分割したコイル容
器の接続部に、所望の精度で加工したはめ合い構造とキ
ー構造を形成し、絶縁部材を挟み、これを突き合せ、キ
ーを挿入して接続してなる。

また、第二の発明に係るプラズマ核融合装置用ヘリカル
コイル容器は、巻線方向に複数に分割したコイル容器の
接続部に所望の精度で加工したはめ合い構造とキー構造
を形成し、これを突き合せキーを挿入して接続した後、
気密性確保のために接続部をシール用の薄板で覆い、シ
ール溶接してなる。

［作　用］ 第一の発明においては、ヘリカルコイル容器の絶対精度
を所望の精度に保ち得るとともに、コイル容器の渦電流
発生を抑え、放電管と空間的に分離された低熱負荷のヘ
リカルコイル容器の製作を可能とする。さらに、このコ
イル容器溝にコイルを巻回することによって、プラズマ
を安定に閉し込めることができる。

また、第二の発明においては、ヘリカルコイル容器の絶
対精度を所望の精度に保ち得るとともに、放電管と空間
的に分離されたヘリカルコイル容器の製作を可能とする
。さらに、このコイル容器溝にコイルを巻回し、コイル
容器の蓋をシールキャップ付きのポル１〜て取付けた後
、容器と蓋の接触面を巻線方向にシール溶接することに
よって、簡便に高精度のヘリカルコイルを気密性を確保
しつつ製作することか可能となる。

［実施例］ 第１図〜第３図は第一の発明の一実施例を示し、第１図
において、（１４）は分割されたコイル容器、（１１）
はＵ字形状をしたキー、（１２）はコイル容器（１４）
の接続部に形成された位置合わせ用のはめ合い、（１３
）はキー（１１）とコイル容器（１４）を締め付けるた
めの絶縁ボルトである。（１５）は絶縁部材であり、は
め合い（１２）およびキー（１１）とコイル容器（１４
）の接触面の全面にわたって介挿されている。

はめ合い（１２）は、コイル容器（１４）の突合せ精度
を確保するため所望の精度で加工される。

第２図は、キー（１１）の形状と絶縁ボルト（１３）の
位置を示し、キー（１１）はＵ字形状に加工してあり、
２つの突き合せるコイル容器（１４）の接続部には、キ
ー（１１）を適当に挿入できるように凸形状に加工しで
ある。このキー構造は所望の精度で加工される。絶縁ボ
ルト（１３）は、十分な締付けを確保するため、コイル
容器（１４）の内側からキー（１１）の最も厚い部分を
通り、適当な深さまでコイル容器（１４）にねじ込まれ
る。

第３図は、キー（１１）の深さ方向がわかるようにした
図で、ヘリカル形状はコイル容器（１４）の断面の各点
で捩れ率と曲率半径が異なるため、容器の厚みを調整し
て強度を高める観点から、キーは深さ方向に分割して挿
入され、各々絶縁ポル１−（１３）で締付けられている
。

以上の構成により、巻線方向に分割されたコイル容器（
１４）の接続部に所望の精度で加工したはめ合い構造と
キー構造を形成し、これを放電管のヘリカル状溝に設置
し、絶縁部材（１５）を挟んでこれらを突き合せ、所望
の精度と適当な強度を持つキ（１１）を挿入し、絶縁ボ
ルト（１３）でコイル容器（１４）を締付ける。これに
より、放電管とコイル容器が空間的に分離され、かつ渦
電流の発生を抑える低熱負荷のヘリカルコイル容器を容
易に高精度で製作できる。また、上記のコイル容器の溝
にコイルを巻回すことによって、安定にプラズマを閉し
込めることのできるヘリカルコイルが得られる。

上記において、コイル容器の厚みが十分ある場合は、キ
ーを分割せず一体物として形成すれば、作業性が大幅に
改善できる効果がある。

また、上記実施例ではヘリカルコイル容器接続の場きに
説明したが、溶接接続により複雑な変形を呈するような
厚肉構造体の接続に応用することて、上記実施例と同様
な効果を奏する。

次に、第二の発明の一実施例を第４図〜第６図について
説明する。第４図は分割されたヘリカルコイル容器か機
械的に接続された構造を示し、（１６）は気密性確保の
ためのシール用の薄板、（１７）はコイル容器の蓋、（
１８）はｎ　（１７）を取付けるためのボルト、（１９
）はシールキャップ、（２０）はシール溶接部である。

コイル容器（１４）を互いに突き合わせ、はめ合い（１
２）にて位置合わぜした後、キー（１１）を挿入しボル
ト（１３）で締め付ける。その後、シール用の薄板（１
６）を容器（１４）の内側から接続部を覆うように取り
付け、容器（１４）との接触部をシール溶接（２０）す
る。

第５図は、キー（１１）の形状、ポル１−（１，３＞の
位置およびシール用の薄板（１６）の配置を示し、キ（
１１）はＵ字形状に加工してあり、互いに突き合わせる
コイル容器（１４）の接続部には、キー（１１）を適当
に挿入できるように凸形状に加工しである。このキー構
造は所望の精度で加工される。ボルト（１３）は、十分
な締め付けを確保するため、コイル容器（１４）の内側
からキー（１１）の最も厚い部分を通り、適当な深さま
でコイル容器（１４）に差し込まれる。シール用の薄板
（１６）は、両側にあるはめ合い（１２）の部分を全て
覆い隠すように配置されシール溶接（２０）される。

第６図はシール用の薄板（１６）、コイル容器の蓋（１
７）およびキー（１１）の深さ方向の構造を示し、ヘリ
カルコイルの形状はコイル容器（１４）断面の各点でね
じれ率と曲率半径が異なるため、コイル容器（１４）の
厚みを調整して強度を高める観点がら、キ（１１）は深
さ方向に分割して挿入され、それぞれのキー（１１）は
ボルト（１３）で締め付けられる。シル用の薄板（１６
）をシール溶接によって取付けた後、コイル容器（１４
）にコイルを巻回し、容器蓋（１７）をシールキャップ
（１９）付きのボルト（１８）で取付ける。

その後、容器（１４）と蓋（１７）の接触部はシール溶
接（２０）Ｌ、コイル容器（１４）全体の気密性を確保
する。

以上の構成により、巻線力に複数に分割されたコイル容
器（１４）の接続部に所望の精度で加工したはめ合い構
造（１２）とキー構造を形成し、放電管のヘリカル状溝
に設置し、互いに突合せて所望の精度と適当な強度をも
つキー（１１）を挿入し、ボルト（１３）で接続した後
、接続部をコイル容器（１４）の内側からシール用の薄
板（１６）で覆うことによって製作するもので、放電管
と空間的に分離されたヘリカルコイル容器を簡＋ｊｔに
高精度で製作できる。また、上記方法にて製作されたコ
イル容器溝にコイルを巻回し、コイル容器の！　（１７
）をシールキャップ（１９）付きのボルト（１８）で取
付けた後、容器（１４）と！　（１７）の接触面を巻線
方向にシール溶接（２ｏ）することによって、安定にプ
ラズマを閉じ込めることができ、かつ、気密性を確保し
たヘリカルコイルが得られる。

なお、上記実施例では、シール用の薄板（１６）はコイ
ル容器（１４）の内側から取付け、シール溶接したが、
コイル容器（１４）の外側に作業のための十分な空間が
存在する場合には、第二の実施例として第７図〜第９図
に示すように、コイル容器（１４）の外側からシール用
の薄板（１６）を取付はシール溶接してもよい。第７図
〜第９図において、第４図〜第６図と同一部分は同一符
号を付したので、説明は省略する。

［発明の効果］ この第一の発明は、以上の説明から明らがなように、巻
線方向に分割されたコイル容器の接続部に所望の精度で
加工したはめ合い構造とキー構造１ を形成し、これを放電管のヘリカル状溝に設置し、絶縁
部材を挾んで互いにコイル容器を突き合せ、所望の精度
と適当な強度を持つキーを挿入し、絶縁ボルトでコイル
容器を締付けることによって、放電管と空間的に分離さ
れ、がっ渦電流の発生を抑える低熱負荷のヘリカルコイ
ル容器を簡便に高精度で製作できる。また、このコイル
容器の溝にコイルを巻回することによって、安定にプラ
ズマを閉じ込めることがてきる効果がある。

第二の発明においては、巻線方向に複数に分割したヘリ
カルコイル容器の接続部に所望の精度で加工したはめ合
い構造とキー構造を形成し、放電管のヘリカル状溝に設
置し、互いに突合せ、所望の精度と適当な強度をもつキ
ーを挿入して接続した後、接続部をシール用の薄板で覆
うことによって、放電管と空間的に分離されたヘリカル
コイル容器を簡便に高精度で製作できる。また、上記の
コイル容器の講にコイルを巻回し、コイル容器の蓋をシ
ールキャップ付きのホルトで取付けた後、コイル容器と
蓋の接触面を巻線方向にシール溶接２ することによって、安定にプラズマを閉じ込めることが
でき、かつ、気密性を確保することがてきる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一の発明の一実施例の要部斜視図、第２図は
同じく要部平面図、第３図は同じく要部正面図、第４図
は第二の発明の一実施例の要部斜視図、第５図は同じく
要部平面図、第６図は同しく要部正面図、第７図は第二
の発明の他の実施例の要部斜視図、第８図は同じく要部
平面図、第９図は同じく要部正面図、第１０図は従来の
プラズマ核融合装置用ヘリカルコイル容器の横断面図、
第１１図は従来の超電導ヘリカル装置の一部断面斜視図
、第１２図は従来の分割されたヘリカルコイル容器の斜
視図である。 （１）・　放電管、（１１）・・キー、り１４）・・コ
イル容器、（１５）・・絶縁部材、（１６）・・シール
用薄板、（２０）・・シール溶接部。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 −Ｘ吐　ばつ 第 １ 図 ６４２ 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヘリカルコイル巻線方向に分割されたコイル容器
   を互いに突き合せてキー構造によって接続してなり、放
   電管に形成されたコイル溝に設置されるヘリカルコイル
   容器において、前記コイル容器相互の接続部に介在され
   た絶縁部材を備えてなることを特徴とするプラズマ核融
   合装置用ヘリカルコイル容器
2. （２）ヘリカルコイル巻線方向に分割されたコイル容器
   を互いに突き合せてキー構造によって接続してなり、放
   電管に形成されたコイル溝に設置されるヘリカルコイル
   容器において、前記コイル容器相互の接続部を覆ってシ
   ール溶接されたシール用の薄板を備えてなることを特徴
   とするプラズマ核融合装置用ヘリカルコイル容器。