JPH05302986A - 高周波加熱装置のランチャー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多段多列構成の大規模導波管束を、短工期，低
コストで製作可能とし、かつ真空性能的にも優れて信頼
性を向上させる。 【構成】導波管束を構成する導波管ユニット12は、長辺
部材８と短辺部材13を接合面14で、ロー付け，拡散接合
等の冶金的接合方法により接合し、短辺部材13相互を接
合面15で、同様にロー付け，拡散接合等の冶金的接合方
法により接合して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、核融合装置等において
プラズマを高周波電磁波で加熱する高周波加熱装置のラ
ンチャーに関するものである。

【０００２】

【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10²⁰ｍ^-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、高周波電磁波をプラズマに入射し加熱する方法、
すなわち、高周波加熱装置による加熱がある。

【０００３】また、この高周波加熱装置は、使用する周
波数帯により数種類に分類されるが、その中の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加熱装置と
いう）があり、その使用する周波数帯の高周波電磁波
が、プラズマを収容する真空容器内に挿入されたランチ
ャーからそのプラズマに入射される。

【０００４】以下、図６および図７を参照して上述した
ＬＨＲＦ加熱装置のランチャーの構成を説明する。図６
および図７において、１は核融合装置のプラズマであ
り、このプラズマ１にＬＨＲＦ加熱装置のランチャー２
が対向している。また、３はランチャー２のジャケット
であり、このジャケット３内には複数の導波管４で構成
された導波管束５が収納されており、この導波管束５と
ジャケット３の間の空隙は、ベーキング時の加熱ガスお
よび実験時冷却用の冷却水またはガスの加熱／冷却媒体
の流路として利用されている。

【０００５】さらに、ランチャー２の先端にはガードリ
ミッター６が取付けられており、プラズマ１からの高熱
負荷からランチャー２を保護している。なお、７はラン
チャー２からプラズマ１に入射される高周波電磁波を示
す。

【０００６】ところで、ランチャー２の先端部は、高周
波電磁波７をプラズマ１中に入射させるためのいわゆる
“アンテナ”として機能しており、複数の導波管４を列
構造でかつ段構造に配列して導波管束５を構成し、プラ
ズマ１に対して開口している。これをグリルアンテナと
呼称している。しかして、プラズマ１を効率よく加熱す
るために必要な高周波スペクトルは、このグリルアンテ
ナから放出される。

【０００７】さて、以上の構成によるＬＨＲＦ加熱装置
のランチャーにおいて、高周波電磁波の伝送路という最
も重要な役割を担う導波管束５は、近年の装置の大型化
に伴い列数，段数共増加傾向にあり、特に、次期建設装
置では、数十列，数十段の構成となることが予想され
る。したがって、導波管４の１本１本を溶接構造で形成
することは、コスト的にも工期的にも多大なものとなっ
てしまう。

【０００８】そこで、最近では複数の導波管４をユニッ
ト化し、そのユニットをロー付け，拡散接合等の冶金的
接合により一気に製作するという方法が用いられつつあ
る。この方法を、図８を参照し簡単に説明する。同図に
おいて、８はステンレス材から形成された導波管長辺部
材（以下、長辺部材という）、９は同じくステンレス材
から形成された導波管短辺部材（以下、短辺部材とい
う）である。これら長辺部材８，短辺部材９は、別個の
部品で構成され、そして接合面10において、ロー付け，
拡散接合等の冶金的手段により接合が行われ、導波管ユ
ニット11が構成される。

【０００９】以上説明した構成による導波管束５は、核
融合装置の真空容器内に挿入されるため、各導波管の内
部は高真空に保たれる。また、導波管束５とジャケット
３の間の空間には加熱／冷却媒体が流れるため、図８に
示す導波管ユニット11を構成する長辺部材８，短辺部材
９およびその接合部10は、加熱／冷却媒体とプラズマ１
の周囲の雰囲気とを遮断する役割を担っており、すなわ
ち、真空容器の真空シールという重要な役割を果たして
いる。

【００１０】したがって、もしこられの部分で真空リー
クが発生するようなことがあると、本体真空度が劣化す
るのみならず、ジャケット３内に循環しているガス，水
等の加熱／冷却媒体が真空容器内へ流入するという事故
にもつながる。よって、接合面10における接合は、十分
信頼性を高めたものとしなければならない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような１回の冶金的接合にて構成される図８に示した
導波管ユニットは、真空性能の確保という観点を考慮す
ると、その規模，列数を無制限に大きくすることはでき
ない。その理由は、導波管ユニットの規模，列数が大き
くなれば、それにより１回の接合で接着を必要とする接
合面積が増加し、均等な接合が困難となり、接合の信頼
性が低下する可能性が大きくなり、これによって真空リ
ークの可能性、すなわち、導波管束の真空性能の低下を
懸念せざるを得なくなるからである。

【００１２】したがって、装置の大型化に伴い、１回の
接合にて構成する導波管ユニットの規模，列数を増加す
ることには限界があり、よって、接合回数を増加するこ
とで対応せざるを得ない。次期建設装置のように数10列
もの規模となる大規模導波管束を想定すると、これによ
る製作工数，コストの増大は多大なものとなる。

【００１３】そこで、本発明の目的は、上述したような
次期建設装置級の多段多列構成の大規模導波管束におい
ても、短工期，低コストの製作を可能とし、かつ真空性
能的にも優れてより信頼性を向上した導波管束を備えた
高周波加熱装置のランチャーを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、複数の長辺部材と短辺部材を接合して高周
波電磁波を伝送する複数の導波管より成る導波管束を構
成し、この導波管束をジャケット内に収納する高周波加
熱装置のランチャーにおいて、導波管束を、長辺部材と
短辺部材の冶金的接合および短辺部材相互の冶金的接合
を併用して構成するようにしたものである。

【００１５】

【作用】以上のように構成することにより、接合が２領
域の接合面にて行われることになり、接合不良による真
空リークの可能性が少ない、すなわち、真空性能に優れ
た導波管束を得ることができ、ひいては真空容器本体の
真空度劣化，導波管の加熱／冷却媒体の真空容器への流
出等の事故を防止することができる。

【００１６】また、上記のように接合不良による真空リ
ークの可能性を少なくすることにより、冶金的接合１回
で取扱える導波管束のユニットの規模を大きくすること
ができ、多段かつ多列構成の大規模導波管束を、短工
期，低コストで製作することが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例（以下、第１実施例とい
う）の要部を示す横断面図である。同図において、12は
導波管束を構成する導波管ユニット、13はステンレス材
から形成された短辺部材で、両側面に長辺部材８の端部
を挿入する切欠部13ａを設けている。ここで、切欠部13
ａは、横方向の深さを長辺部材８の厚さの１／２とす
る。

【００１８】導波管ユニット12は、長辺部材８と短辺部
材13を接合面14で、ロー付け，拡散接合等の冶金的接合
方法により接合し、短辺部材13相互を接合面15で、同様
にロー付け，拡散接合等の冶金的接合方法により接合す
ることにより構成される。すなわち、導波管ユニット12
は、接合面14と接合面15の２領域でロー付け，拡散接合
等の冶金的接合により接合されている。ここで、冶金的
接合方法としては、長辺部材８と短辺部材13の接合面14
が真空雰囲気の高周波電磁波の伝送路に直接面している
ため、接合面14における接合は、ロー材等の流れ込みの
恐れがない固相拡散接合が適している。また、短辺部材
８相互の接合には、固相，液相拡散接合またはロー付け
等が考えられるが、溶接を適用することも可能である。

【００１９】以上の構成によれば、冶金的接合面が、長
辺部材８と短辺部材13および短辺部材13相互間の２領域
となるため、接合不良による真空リークの可能性を少な
くすることができる。すなわち、真空容器本体の真空度
劣化、導波管の加熱／冷却媒体の真空容器内への流出等
導波管の真空リークに起因する事故を防止することがで
きる。なお、真空雰囲気の高周波伝導路に直接面する長
辺部材８と短辺部材13の接合に固相拡散接合を適用すれ
ば、導波管温度上昇による導波管内へのロー材の流れ込
み、それによる放電等の高周波性能の劣化をも防ぐこと
が可能となる。

【００２０】したがって、以上のように構成された第１
実施例は、導波管の長辺部材と短辺部材の間および短辺
部材相互の間の２領域の接合面におけるロー付，拡散接
合等の冶金的接合によって導波管束を組立，構成するた
め、真空シールが二重に行われることとなり、もし、２
領域のうちの何れか一方の部位に接合不良が発生した場
合でも、他方の接合にてそれを補うこととなる。すなわ
ち、真空性能的にさらに信頼性の高い導波管束を得るこ
とができる。

【００２１】また、上述したように接合不良によるリー
クの可能性を少なくすることができるため、そのリーク
を懸念して１回の接合で取扱う導波管ユニットの規模を
小さくする必要がなくなる。すなわち、１回の接合で取
扱う導波管ユニットの規模を大きくすることができ、特
に多段多列、かつ大規模な次期建設装置用導波管束を短
工期、かつ低コストで製作することができる。なお、上
述したように長辺部材と短辺部材間の接合に固相拡散接
合を採用すれば、高周波性能的にも信頼性の高い導波管
束を得ることもできる。

【００２２】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
２は、本発明の第２実施例の要部を示す横断面図であ
る。同図において、16は導波管束を構成する導波管ユニ
ットで、この導波管ユニット16は、長辺部材８と短辺部
材13を接合面14で、ロー付け，拡散接合等の冶金的接合
方法により接合し、短辺部材13相互（両サイドの短辺部
材を含む）を接合面15で、同様にロー付け，拡散接合等
の冶金的接合方法により接合し、さらに、この２領域に
おける冶金的接合に加えて、接合面15の外側を溶接（溶
接接合部を符号17で示す）する。なお、両サイドの短辺
部材18の内面側と長辺部材８も溶接（溶接接合部を符号
19で示す）する。

【００２３】以上の構成による第２実施例は、上述した
第１実施例における２領域の冶金的接合に加え、さらに
その外側を溶接して真空シールを施工しているため、真
空性能を上述した第１実施例よりさらに強固で確実に実
現することができる。なお、本溶接は、全長に亘って施
こすのではなく、もし真空リークが発生した場合に、そ
の真空リーク部分のみに施すようにしてもよいことはい
うまでもない。

【００２４】図３は、本発明の第３実施例の要部を示す
横断面図である。同図において、20は導波管束を構成す
る導波管ユニット、21は銅または銅合金材から形成され
た長辺部材、22はステンレス材から形成され、両側面に
長辺部材21を挿入する切欠部22ａを設けた短辺部材、23
はステンレス材から形成され、内側面に長辺部材21を挿
入する凹部23ａを設けた枠部材である。ここで、切欠部
22ａと凹部23ａは、横方向の深さを長辺部材21の厚さの
１／２とする。

【００２５】導波管ユニット20は、長辺部材21と短辺部
材22を接合面14で、ロー付け，拡散接合等の冶金的接合
方法により接合し、短辺部材22相互を接合面15で、ロー
付け，拡散接合等の冶金的接合方法により接合し、接合
面15の外側を溶接（溶接接合部を17で示す）する。ここ
で、両サイドの短辺部材を上述した第２実施例と同様の
形状とすると、長辺部材と短辺部材の溶接が銅−ステン
レスの接合となり、技術的に困難なものとなる。そこ
で、両サイドにステンレス材から形成された上述の枠部
材23を配置し、この枠部材23と隣接する短辺部材22を溶
接で接合する。

【００２６】以上の構成による第３実施例は、上述した
第２実施例と同様に２領域の冶金的接合と外側の溶接に
よって真空シール性能を向上とすると共に、長辺部材に
熱伝導の良好な銅または銅合金材を用い、短辺部材に非
磁性でかつ機械的強度の大きいステンレス材を用い、さ
らに両サイドにもステンレス材の枠部材を接合している
ので、熱ロスの除去効率を高めなければならない高パワ
ー高周波電磁波を伝送する導波管束への適用が有効とな
る。

【００２７】図４は、本発明の第４実施例の要部の接合
部分を拡大して示す横断面図である。同図において、25
は導波管束を構成する導波管ユニット、26は水またはガ
ス等の加熱／冷却媒体を流通させる流通管、27はステン
レス材から形成された短辺部材で、両側面に長辺部材８
の端部が挿入される切欠部27ａと、上面に流通管26を埋
設する溝27ｂを設けている。ここで、溝27ｂは、底部を
流通管26の外周に適合する半円状とする。

【００２８】導波管ユニット25は、長辺部材８と短辺部
材27を接合面14で、ロー付け，拡散接合等の冶金的接合
方法により接合し、短辺部材27相互を接合面15で、同様
にロー付け，拡散接合等の冶金的接合方法により接合
し、流通管26をロー付け等により短辺部材27の溝27ａに
接合することにより構成されている。

【００２９】以上の構成による第４実施例は、上述した
第１実施例と同様に２領域の冶金的接合により真空シー
ル性能を向上すると共に、流通管の埋設により冷却媒体
を熱負荷発生源である導波管内面により接近させること
ができ、放熱性能に優れた導波管束を得ることが可能と
なる。

【００３０】図５は、本発明の第５実施例の要部の接合
部を拡大して示す横断面図である。同図において、30は
導波管束を構成する導波管ユニット、31はステンレス材
から形成された短辺部材で、一方の側面に長辺部材８の
端部を挿入する切欠部31ａと、他方の側面に長辺部材８
の端部を挿入する切欠部31ｂと、この切欠部31ｂに流通
管26を埋設する溝31ｃとを設けている。ここで、溝31ｃ
は、底部（同図の右側）を流通管26の外周に適合した半
円状とし、かつ埋設した流通管26の他側が長辺部材８の
側面に接する深さとする。

【００３１】導波管ユニット30は、長辺部材８と短辺部
材31を接合面14で、ロー付け，拡散接合等の冶金的接合
方法により接合し、短辺部材31相互を接合面15で、ロー
付け，拡散接合等の冶金的接合方法により接合し、流通
管26をロー付け等により短辺部材31の溝31ｃに接合する
ことにより構成されている。

【００３２】以上の構成による第５実施例は、上述した
第１実施例と同様に２領域の冶金的接合により真空シー
ル性能を向上すると共に、流通管が短辺部材に埋設さ
れ、しかも長辺部材にも直接接触しているため、導波管
内で発生熱負荷が最も高く、かつ熱伝達を向上させるこ
とが困難とされていた長辺部材を効果的に加熱，冷却す
ることが可能となり、上述した第４実施例の放熱効果よ
りさらに放熱効果を向上させることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導
波管束を長辺部材と短辺部材の冶金的接合および短辺部
材相互の冶金的接合により構成しているので、真空性能
的，高周波性能的に従来のものよりさらに優れ、信頼性
を大幅に向上し、かつ多段多列の大規模導波管束を短工
期，低コストで製作可能とする高周波加熱装置のランチ
ャーを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す横断面図。

【図２】本発明の他の実施例（第２実施例）の要部を示
す横断面図。

【図３】本発明のさらに異なる他の実施例（第３実施
例）の要部を示す横断面図。

【図４】本発明のさらに異なる他の実施例（第４実施
例）の要部の接合部を拡大して示す横断面図。

【図５】本発明のさらに異なる他の実施例（第５実施
例）の要部の接合部を拡大して示す横断面図。

【図６】従来のＬＨＲＦ加熱装置のランチャーを示す斜
視図。

【図７】図６に示すＬＨＲＦ加熱装置のランチャーの水
平断面図。

【図８】従来の導波管ユニットの一例を示す横断面図。

【符号の説明】

１…プラズマ、３…ジャケット、４…導波管、５…導波
管束、７…高周波電磁波、８，21…長辺部材、12，16，
20，25，30…導波管ユニット、13，22，27，31…短辺部
材、14，15…接合面、17，19…溶接接合部、23…枠部
材、26…流通管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の長辺部材と短辺部材を接合して高
   周波電磁波を伝送する複数の導波管より成る導波管束を
   構成し、この導波管束をジャケット内に収納した高周波
   加熱装置のランチャーにおいて、前記導波管束を、前記
   長辺部材と前記短辺部材の冶金的接合および前記短辺部
   材相互の冶金的接合を併用して構成するようにしたこと
   を特徴とする高周波加熱装置のランチャー。