JPH0746148B2 - 核融合炉のプラズマ制御装置 - Google Patents
核融合炉のプラズマ制御装置Info
- Publication number
- JPH0746148B2 JPH0746148B2 JP60191598A JP19159885A JPH0746148B2 JP H0746148 B2 JPH0746148 B2 JP H0746148B2 JP 60191598 A JP60191598 A JP 60191598A JP 19159885 A JP19159885 A JP 19159885A JP H0746148 B2 JPH0746148 B2 JP H0746148B2
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- JP
- Japan
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- plasma
- neutron
- fusion reactor
- output
- detector
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- 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
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、核融合炉のプラズマ制御装置に関する。
第３図はトカマク型核融合炉の概略構成を示すもので、
重水素（Ｄ）と三重水素（Ｔ）の電離気体であるプラズ
マ１を、トーラス状をなす真空容器２内で発生させ、さ
らに、プラズマ加熱装置８により外部からエネルギを注
入し、約１億度の高温にまで加熱する。この加熱により
D-T核融合反応が生じ、その結果、約14MeVの高エネルギ
中性子が発生する。
重水素（Ｄ）と三重水素（Ｔ）の電離気体であるプラズ
マ１を、トーラス状をなす真空容器２内で発生させ、さ
らに、プラズマ加熱装置８により外部からエネルギを注
入し、約１億度の高温にまで加熱する。この加熱により
D-T核融合反応が生じ、その結果、約14MeVの高エネルギ
中性子が発生する。
真空容器２の周囲には、ブランケット３及び遮蔽体４が
円環状に設置されている。ブランケット３の内部には、
燃料三重水素を増殖するためのリチウム（Li）が充填さ
れ、かつ、高エネルギ中性子のエネルギを取出すための
多数の冷却材流路が設けられている。そこで、ブランケ
ット３では核融合反応により生成された高エネルギ中性
子とLiとを反応させて三重水素を生成増殖し、同時に、
上記冷却材流路で高エネルギ中性子を減速させ、冷却材
流路を流れる冷却材を媒体として核融合エネルギを熱エ
ネルギの形で外部に取出すように構成されている。一
方、核融合中性子束、並びにブランケット３と中性子と
の反応の結果発生するγ線等の放射線は、遮蔽体４によ
り遮蔽される。
円環状に設置されている。ブランケット３の内部には、
燃料三重水素を増殖するためのリチウム（Li）が充填さ
れ、かつ、高エネルギ中性子のエネルギを取出すための
多数の冷却材流路が設けられている。そこで、ブランケ
ット３では核融合反応により生成された高エネルギ中性
子とLiとを反応させて三重水素を生成増殖し、同時に、
上記冷却材流路で高エネルギ中性子を減速させ、冷却材
流路を流れる冷却材を媒体として核融合エネルギを熱エ
ネルギの形で外部に取出すように構成されている。一
方、核融合中性子束、並びにブランケット３と中性子と
の反応の結果発生するγ線等の放射線は、遮蔽体４によ
り遮蔽される。
さらに、ブランケット３及び遮蔽体４の周囲には、真空
容器２の内部にトロイダル方向の磁場をつくるためのト
ロイダル磁場コイル群９及びポロイダル方向の磁場をつ
くるためのポロイダルコイル群10が設置されている。ト
ロイダル磁場コイル９及ポロイダル磁場コイル10によっ
てつくられる重畳磁場は、真空容器２の内部にドーナツ
状の磁気面を形成する。これにより、高温のプラズマ１
は真空容器２の壁面に直接接触することなく、図示の形
状を保ち、真空容器２内に閉じこめられる。通常、図示
のような縦長断面形状のプラズマは、鉛直方向（上下方
向）の位置変位に対して不安定となる。そこで、プラズ
マ１の位置変位を抑制するための手段としてプラズマ位
置制御コイル11が設けられている。すなわち、外乱によ
ってプラズマ１が上下方向に変位した場合には、プラズ
マ位置制御コイル11に電流を流してプラズマ１中に磁場
を作し、これによってプラズマ１の上下方向の変位を抑
制するようにしている。
容器２の内部にトロイダル方向の磁場をつくるためのト
ロイダル磁場コイル群９及びポロイダル方向の磁場をつ
くるためのポロイダルコイル群10が設置されている。ト
ロイダル磁場コイル９及ポロイダル磁場コイル10によっ
てつくられる重畳磁場は、真空容器２の内部にドーナツ
状の磁気面を形成する。これにより、高温のプラズマ１
は真空容器２の壁面に直接接触することなく、図示の形
状を保ち、真空容器２内に閉じこめられる。通常、図示
のような縦長断面形状のプラズマは、鉛直方向（上下方
向）の位置変位に対して不安定となる。そこで、プラズ
マ１の位置変位を抑制するための手段としてプラズマ位
置制御コイル11が設けられている。すなわち、外乱によ
ってプラズマ１が上下方向に変位した場合には、プラズ
マ位置制御コイル11に電流を流してプラズマ１中に磁場
を作し、これによってプラズマ１の上下方向の変位を抑
制するようにしている。
以上の如く構成された核融合炉において、炉心プラズマ
診断・制御のためには、例えば温度・密度等、多くのプ
ラズマ物理量を測定する必要がある。前述したように、
核融合炉では重水素（Ｄ）と三重水素（Ｔ）の核融合反
応（D-T核融合反応）により、高速の中性子（14MeV）を
発生させ、この中性子を利用して熱出力を得るものであ
る。核融合炉の出力はD-T核融合反応の単位時間当りの
数、すなわち14MeV中性子の発生数と比例する。従って1
4MeV中性子のプラズマ内での発生数を計測することによ
り出力を計測することができる。
診断・制御のためには、例えば温度・密度等、多くのプ
ラズマ物理量を測定する必要がある。前述したように、
核融合炉では重水素（Ｄ）と三重水素（Ｔ）の核融合反
応（D-T核融合反応）により、高速の中性子（14MeV）を
発生させ、この中性子を利用して熱出力を得るものであ
る。核融合炉の出力はD-T核融合反応の単位時間当りの
数、すなわち14MeV中性子の発生数と比例する。従って1
4MeV中性子のプラズマ内での発生数を計測することによ
り出力を計測することができる。
このため、中性子計測装置は出力計測及び制御を行なう
上で極めて重要であり、核融合出力すなわち中性子の発
生数を計測する中性子計測装置が種々考えられている。
上で極めて重要であり、核融合出力すなわち中性子の発
生数を計測する中性子計測装置が種々考えられている。
しかしながら、従来より考えられている中性子計測装置
は、いずれも核融合出力すなわち中性子の発生数そのも
のを測定対象とし、プラズマの位置・形状が一定である
ことを前提とするものであるのに対し、現実には、プラ
ズマ１の位置はたえず変位する可能性があり、たとえプ
ラズマ１全体での中性子発生数が同一であっても測定中
にプラズマ１が検出器に近づく方向に変位した場合には
検出信号が大きくなり、逆にプラズマ１が検出器から遠
ざかる方向に変位した場合には検出信号が小さくなっ
て、あたかも出力（中性子発生数）が変化したような測
定結果が出る不具合も予想される。
は、いずれも核融合出力すなわち中性子の発生数そのも
のを測定対象とし、プラズマの位置・形状が一定である
ことを前提とするものであるのに対し、現実には、プラ
ズマ１の位置はたえず変位する可能性があり、たとえプ
ラズマ１全体での中性子発生数が同一であっても測定中
にプラズマ１が検出器に近づく方向に変位した場合には
検出信号が大きくなり、逆にプラズマ１が検出器から遠
ざかる方向に変位した場合には検出信号が小さくなっ
て、あたかも出力（中性子発生数）が変化したような測
定結果が出る不具合も予想される。
さらに、従来の中性子計測装置は、中性子エネルギスペ
クトル分布や、中性子発生の時間・空間分布等の測定を
目的とするものであった。このため、従来の装置では、
遮蔽体４で発生するγ線（γ線は中性子検出器に対して
は測定上の雑音として作用する。）を遮蔽するために大
がかりな遮蔽体を設置する必要があった。
クトル分布や、中性子発生の時間・空間分布等の測定を
目的とするものであった。このため、従来の装置では、
遮蔽体４で発生するγ線（γ線は中性子検出器に対して
は測定上の雑音として作用する。）を遮蔽するために大
がかりな遮蔽体を設置する必要があった。
また、特に14MeV近傍の高エネルギ中性子を正確に測定
するためには、ブランケット等で減速を受ける前に中性
子の測定をしておく必要があり、従って、直接、炉心プ
ラズマ１を見込む必要がある。このため、直接炉心から
の貫通孔を設ける必要も生じてくる。
するためには、ブランケット等で減速を受ける前に中性
子の測定をしておく必要があり、従って、直接、炉心プ
ラズマ１を見込む必要がある。このため、直接炉心から
の貫通孔を設ける必要も生じてくる。
これに対して、核融合炉としては、現在、各国で実験炉
クラスの設計が進められており、核融合も物理段階から
工学、実験段階にさしかかっているが、実用炉での計測
装置としては、炉本体のインパクトを最少限におさえ、
小形化を図る必要がある。
クラスの設計が進められており、核融合も物理段階から
工学、実験段階にさしかかっているが、実用炉での計測
装置としては、炉本体のインパクトを最少限におさえ、
小形化を図る必要がある。
本発明の目的は、真空容器内に発生したプラズマの位置
制御を高精度に行なうことのできる核融合炉のプラズマ
制御装置を提供することにある。
制御を高精度に行なうことのできる核融合炉のプラズマ
制御装置を提供することにある。
本発明のプラズマ制御装置は、核融合炉のトーラス断面
の周囲の複数箇所に、プラズマに近接するように設置さ
れた中性子検出器と、これらの中性子検出器のうちプラ
ズマを挟んで対向する２つの中性子検出器から出力され
た検出信号の差分を求め、求められた差分量に基づいて
プラズマの平衡位置からの変位量を算出する位置演算手
段と、この位置演算手段の出力に基づいてプラズマの位
置を制御する制御手段とを具備したものである。
の周囲の複数箇所に、プラズマに近接するように設置さ
れた中性子検出器と、これらの中性子検出器のうちプラ
ズマを挟んで対向する２つの中性子検出器から出力され
た検出信号の差分を求め、求められた差分量に基づいて
プラズマの平衡位置からの変位量を算出する位置演算手
段と、この位置演算手段の出力に基づいてプラズマの位
置を制御する制御手段とを具備したものである。
本発明の一実施例を第１図に示す。
第１図は、トカマク型核融合炉の一部を示すもので、遮
蔽体４の外側より遮蔽体４とブランケット３を通して、
真空容器２の近傍位置まで、中性子検出器５を収容する
計測ポート６を設けている。この計測ポート６はプラズ
マ１を囲むように複数個設けられ、核計測ポート６の内
部には、小形中性子検出器５が設置される。図では、特
にプラズマ１の上方に設置される検出器を5Aとし、プラ
ズマ１の下方に設置される検出器を5Bとして示してあ
る。なお、これらの中性子検出器５としては軽水炉用核
分裂計数管として使用される235U核分裂計数管等の、γ
線に対する感度が低いものを使用することとし、γ線の
遮蔽は格別設けないものとする。中性子検出器５からは
電離電流を取出すための信号ケーブル７が引出される。
蔽体４の外側より遮蔽体４とブランケット３を通して、
真空容器２の近傍位置まで、中性子検出器５を収容する
計測ポート６を設けている。この計測ポート６はプラズ
マ１を囲むように複数個設けられ、核計測ポート６の内
部には、小形中性子検出器５が設置される。図では、特
にプラズマ１の上方に設置される検出器を5Aとし、プラ
ズマ１の下方に設置される検出器を5Bとして示してあ
る。なお、これらの中性子検出器５としては軽水炉用核
分裂計数管として使用される235U核分裂計数管等の、γ
線に対する感度が低いものを使用することとし、γ線の
遮蔽は格別設けないものとする。中性子検出器５からは
電離電流を取出すための信号ケーブル７が引出される。
前記各中性子検出器５の検出信号は、第２図に示すよう
に位置演算部12に入力するが、第２図では、特にプラズ
マ上方の検出器5Aとプラズマ下方の検出器5Bについて示
してある。上記位置演算部12では、検出器5A,5Bの検出
信号の差分信号をとり、その差分信号にもとづき、平衡
位置を基準としてプラズマ１の鉛直方向変位量を算出す
る。位置演算部12からの差分信号は、比例・積分・微分
（以下PIDという）などの演算機能を持つ位置調節部13
へ入力する。この位置調節部13は、演算増幅器又はディ
ジタル計算機等により構成されているもので、位置演算
部12からの差分信号に上記PID等の演算を施し、電源制
御部14へ出力する。電源制御部14はPID等の演算機能を
有し、位置制御コイル電源部15へ駆動信号を与えるため
の制御調節器である。この電源制御部14は演算増幅器あ
るいはディジタル計算機により構成され、位置調節部13
から入力した信号に基づき、位置制御コイル電源部15を
駆動するための駆動信号を出力する。ここで、上記位置
演算部12、位置調節部13、電源制御部14及び位置制御コ
イル電源部15は前記中性子検出器５の検出信号を監視・
処理する手段を構成するものであって、位置制御コイル
電源部15は、電源制御部14からの出力信号に基づき、プ
ラズマ位置制御コイル11を励磁するための出力電圧を発
生する。
に位置演算部12に入力するが、第２図では、特にプラズ
マ上方の検出器5Aとプラズマ下方の検出器5Bについて示
してある。上記位置演算部12では、検出器5A,5Bの検出
信号の差分信号をとり、その差分信号にもとづき、平衡
位置を基準としてプラズマ１の鉛直方向変位量を算出す
る。位置演算部12からの差分信号は、比例・積分・微分
（以下PIDという）などの演算機能を持つ位置調節部13
へ入力する。この位置調節部13は、演算増幅器又はディ
ジタル計算機等により構成されているもので、位置演算
部12からの差分信号に上記PID等の演算を施し、電源制
御部14へ出力する。電源制御部14はPID等の演算機能を
有し、位置制御コイル電源部15へ駆動信号を与えるため
の制御調節器である。この電源制御部14は演算増幅器あ
るいはディジタル計算機により構成され、位置調節部13
から入力した信号に基づき、位置制御コイル電源部15を
駆動するための駆動信号を出力する。ここで、上記位置
演算部12、位置調節部13、電源制御部14及び位置制御コ
イル電源部15は前記中性子検出器５の検出信号を監視・
処理する手段を構成するものであって、位置制御コイル
電源部15は、電源制御部14からの出力信号に基づき、プ
ラズマ位置制御コイル11を励磁するための出力電圧を発
生する。
以上の構成において、プラズマ位置が平衡位置にある場
合、プラズマ中心に対して対称に設置された中性子検出
器5A,5Bに到達する中性子数は同量となる。従って、中
性子検出器5A,5Bからの信号の差分信号はゼロとなる。
一方、例えばプラズマが鉛直上方向に変位した場合に
は、プラズマ上方に設置された中性子検出器5Aの検出信
号は増大し、逆にプラズマ下方に設置された中性子検出
器5Bの検出信号は減少する。そして中性子検出器5A,5B
の差分信号とプラズマ変位量とは、１対１の対応関係に
あると考えられるから、この差分信号からプラズマ変位
量を計算することができる。従って、差分信号とプラズ
マ変位量との関係を予め例えば数値実験あるいは実態系
での実験で確認しておき、その演算機能を位置演算部12
に持たせておくことにより、プラズマ位置制御用の検出
信号として利用することができる。
合、プラズマ中心に対して対称に設置された中性子検出
器5A,5Bに到達する中性子数は同量となる。従って、中
性子検出器5A,5Bからの信号の差分信号はゼロとなる。
一方、例えばプラズマが鉛直上方向に変位した場合に
は、プラズマ上方に設置された中性子検出器5Aの検出信
号は増大し、逆にプラズマ下方に設置された中性子検出
器5Bの検出信号は減少する。そして中性子検出器5A,5B
の差分信号とプラズマ変位量とは、１対１の対応関係に
あると考えられるから、この差分信号からプラズマ変位
量を計算することができる。従って、差分信号とプラズ
マ変位量との関係を予め例えば数値実験あるいは実態系
での実験で確認しておき、その演算機能を位置演算部12
に持たせておくことにより、プラズマ位置制御用の検出
信号として利用することができる。
以上の構成により、例えばプラズマ１の位置が通常より
上方にずれた場合、上方に配置した検出器5Aの信号レベ
ルが上がり、下方に配置した検出器5Bの信号レベルは低
下する。このため全検出器の信号を総合的に処理するこ
とにより、プラズマの位置・形状の不安定さに影響され
ない正確な炉心プラズマの出力計測が可能となる。
上方にずれた場合、上方に配置した検出器5Aの信号レベ
ルが上がり、下方に配置した検出器5Bの信号レベルは低
下する。このため全検出器の信号を総合的に処理するこ
とにより、プラズマの位置・形状の不安定さに影響され
ない正確な炉心プラズマの出力計測が可能となる。
以上、本実施例によれば、プラズマの位置・形状の変動
に影響されない高精度の出力計測が可能になると同時
に、プラズマの位置制御のための検出信号として中性子
検出信号を利用することができ、プラズマの位置制御を
高精度に行なうことができる。
に影響されない高精度の出力計測が可能になると同時
に、プラズマの位置制御のための検出信号として中性子
検出信号を利用することができ、プラズマの位置制御を
高精度に行なうことができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば上記実施例では中性子検出器として軽水炉用の
235U核分裂計数管を想定したが、235Uの代りに高エネル
ギ中性子に感度の高い238UやTh等を利用することもでき
る。
例えば上記実施例では中性子検出器として軽水炉用の
235U核分裂計数管を想定したが、235Uの代りに高エネル
ギ中性子に感度の高い238UやTh等を利用することもでき
る。
以上のように、本発明によれば、プラズマの平衡位置か
らの変位量を求めることができ、求められた変位量に基
づいてプラズマの位置制御を高精度に行なうことができ
る。
らの変位量を求めることができ、求められた変位量に基
づいてプラズマの位置制御を高精度に行なうことができ
る。
第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は中性子検出装置の配置状態を示す断面図、第２図
は中性子検出器の検出信号を監視・処理する手段を示す
ブロック図、第３図は核融合炉の断面図である。 １……プラズマ、5,5A,5B……中性子検出器、12……位
置演算部、13……位置調節部、14……電源制御部、15…
…位置制御コイル電源部。
１図は中性子検出装置の配置状態を示す断面図、第２図
は中性子検出器の検出信号を監視・処理する手段を示す
ブロック図、第３図は核融合炉の断面図である。 １……プラズマ、5,5A,5B……中性子検出器、12……位
置演算部、13……位置調節部、14……電源制御部、15…
…位置制御コイル電源部。
Claims (1)
- 【請求項１】核融合炉のトーラス断面の周囲の複数箇所
に、プラズマに近接するように設置された中性子検出器
と、これらの中性子検出器のうちプラズマを挟んで対向
する２つの中性子検出器から出力された検出信号の差分
を求め、求められた差分量に基づいてプラズマの平衡位
置からの変位量を算出する位置演算手段と、この位置演
算手段の出力に基づいてプラズマの位置を制御する制御
手段とを具備したことを特徴とする核融合炉のプラズマ
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60191598A JPH0746148B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 核融合炉のプラズマ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60191598A JPH0746148B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 核融合炉のプラズマ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6252487A JPS6252487A (ja) | 1987-03-07 |
| JPH0746148B2 true JPH0746148B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=16277300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60191598A Expired - Lifetime JPH0746148B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 核融合炉のプラズマ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0746148B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4098469B2 (ja) * | 2000-11-14 | 2008-06-11 | 株式会社東芝 | 核融合炉出力モニタ装置 |
| CA3114715C (en) * | 2013-03-11 | 2023-07-25 | Alfred Y. Wong | Rotating high-density fusion reactor for aneutronic and neutronic fusion |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP60191598A patent/JPH0746148B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 東芝レビュー，３８〔９〕（１９８３）Ｐ．７９０−７９３ |
| 核融合研究開発の現状（１９８３年）日本原子力研究所Ｐ．２９−３４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6252487A (ja) | 1987-03-07 |
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