JPH0769444B2 - タ−ボ分子ポンプのシ−ルド装置 - Google Patents

タ−ボ分子ポンプのシ−ルド装置

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JPH0769444B2
JPH0769444B2 JP62086253A JP8625387A JPH0769444B2 JP H0769444 B2 JPH0769444 B2 JP H0769444B2 JP 62086253 A JP62086253 A JP 62086253A JP 8625387 A JP8625387 A JP 8625387A JP H0769444 B2 JPH0769444 B2 JP H0769444B2
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

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、核融合装置の真空容器を超高真空状態にする
ターボ分子ポンプのシールド装置の改良に関する。
(従来の技術) 核融合装置において真空容器の内部に核融合を生じさせ
るための真空条件としては、真空容器内に不純物がな
く、かつ超高真空状態に維持することが要求されてい
る。そこで、従来、第4図に示す如くリング状の真空容
器1から複数の真空配管2,2を突出させ、一方の真空配
管2には分析計3を介してターボ分子ポンプ4およびロ
ータリポンプ5を接続し、他方の配管2にはターボ分子
ポンプ4およびロータリポンプ5を接続し、これらポン
プ4,5により真空容器1内を真空状態にしている。な
お、ロータリポンプ5は、ターボ分子ポンプ4だけでは
真空容器1から抜いた分子を大気に排出することができ
ないため、ターボ分子ポンプ4に直列に接続してターボ
分子ポンプ4で抜いた分子を大気に排出する機能を持っ
たものである。なお、ターボ分子ポンプ4は真空容器1
の真空度を高くするためのものであり、ロータリポンプ
は比較的低い真空度の範囲で用いられる。
ターボ分子ポンプ4は、第5図(a)(b)に示すよう
な構成となっている。すなわち、このターボ分子ポンプ
4は、ポンプ外器6に駆動用モータ7の回転軸8を挿設
し、さらにこの回転軸8に第5図(b)に示すような羽
根9を複数枚設けたものとなっている。真空容器1内の
気体は、駆動用モータ7が回転することにより給入管1
0,ポンプ外器6内を通って排気管11から排出される。
ところで、このようなターボ分子ポンプ4は、核融合装
置、特に真空容器1の近傍に設けられるため、真空容器
1内のプラズマ電流Ipにより発生する磁場の影響を受け
てしまう。特に磁場閉じ込め型の核融合装置では、その
周囲に強い磁場を発生するのでその影響の度合も大き
い、つまり、ターボ分子ポンプ4が動作している状態で
第5図(a)に示す如く回転軸8に垂直な方向の磁界H1
がかかるとする。羽根9は回転しているため回転軸8に
対して垂直な方向から見ると、羽根9の面積は変化して
いる如くとなる。このため、羽根9には、磁界H1により
うず電流が発生し、さらにうず電流によりジュール熱が
発生する。実際には、回転速度16000回転/分、磁界200
gauss程度で羽根9に熱が発生する。ところが、羽根9
は真空中で回転することになるので、対流による放熱現
象はなく、この結果羽根9が膨張して変形したり、羽根
9を支持するシャフト等が羽根9からの熱によって変形
したりしてしまう。
このため、羽根9の回転数が低下して排気能力が低下
し、真空容器1内の真空度を超高真空状態に保つことが
できなくなってしまう。この結果、最悪の場合核融合反
応を消滅させる原因にもなる恐れがある。この対策とし
て、うず電流が小さくなるようにターボ分子ポンプ4を
配置する方法が考えられるが、真空配管2での損失が大
きくなり、さらにポンプ4の容量をその分だけ大きくし
なければならない。
したがって従来は、プラズマ電流Ipにより発生する磁場
を第6図(a)(b)に示すような磁気シールド体20で
ターボ分子ポンプ4を覆っている。この磁気シールド体
20は、例えば鉄などの磁気材料で形成されている。
(発明が解決しようとする問題点) このような磁気シールド体20でシールドする場合、強い
磁場をシールドするためには、磁気シールド体20の厚み
を厚くしなければならず、このため磁気シールド体20の
重量が大きくなってしまう。一方、核融合装置では、高
速中性子による誘導放射化のため、装置を支持する構造
材(特に鉄、ステンレス鋼等で形成される構造材)の量
は少なくして装置自体を軽量化している。したがって磁
気シールド体20を厚くすることは、核融合装置にとって
不適当となる。
また、前記高速中性子により磁気シールド体20(鉄また
はμメタル)が誘導放射化されてしまう。
さらに、ターボ分子ポンプ4の磁気シールドは、回転軸
8に対して垂直な方向成分の磁界だけで十分であるの
に、第6図(a)(b)に示す磁気シールド体20では回
転軸8の方向に対しても磁気シールドする構造となって
いる。このため、構造上無駄な部分があり、これによっ
ても磁気シールド体20の重量を大きなものとしている。
そこで本発明は、ターボ分子ポンプへの無駄な磁気シー
ルドを無くし得るとともに、その磁気シールドを軽量な
ものでなし得るターボ分子ポンプの磁気シールド装置を
提供することを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段] 本発明は、核融合装置における真空容器を超高真空状態
にするターボ分子ポンプの近傍に設けられ、核融合装置
で発生した外部磁場の強さを検出する磁場検出器と、タ
ーボ分子ポンプの近傍に配置された少なくとも1組の磁
場発生コイルと、磁場検出器からの検出信号と設定信号
との偏差に基づいて磁場発生コイルに、外部磁場と同一
の強さ、かつ逆方向の磁場を発生させる励磁電流を流す
フィードバック制御部とを備えて上記目的を達成しよう
とするターボ分子ポンプの磁気シールド装置である。
(作 用) このような手段を備えたことにより、ターボ分子ポンプ
の近傍に磁場発生コイルが設けられ、この磁場発生コイ
ルにフィールドバック制御部からターボ分子ポンプの近
傍に設けられた磁場検出器からの検出信号と設定信号と
の偏差に基づいて励磁電流が流されて真空容器から発生
する磁場が打消される。
(実施例) 以下、本発明に係るターボ分子ポンプのシールド装置の
一実施例について第1図および第2図図を参照して説明
する。ただしターボ分子ポンプにかかる磁界の方向は一
定であるとする。第4図は本シールド装置の構成図であ
る。第1図においてターボ分子ポンプ30は、核融合装置
で核融合反応を行なう真空容器(不図示)内を超高真空
状態とするために、真空容器内の気体を抜き取る機能を
持ったものである。このためターボ分子ポンプ30は、真
空容器からの気体を通す真空配管系での配管抵抗を極力
小さくするために、真空容器の近傍に設けられている。
このターボ分子ポンプ30の側面すなわちポンプ30の回転
軸方向に対して平行に、アルミニウム線で形成された1
組の磁場発生コイルCa1,Ca2が配置され、その一端はフ
ィードバック磁場制御部40に接続されている。
さらに、ターボ分子ポンプ30の近傍には、真空容器内の
プラズマ電流によって発生する磁場の強さを検出する磁
場検出器31が設けられている。この磁場検出器31の検出
信号は前記フィードバック磁場制御部40に送られるよう
に構成されている。
フィードバック磁場制御部40は、磁場検出器31からの検
出信号と予め設けられた設定信号との偏差に基づいてタ
ーボ分子ポンプ30にかかる磁界H2を打消するための励磁
電流を磁場発生コイルCa1,Ca2に流すものである。具体
的には、第2図に示す如く磁場検出器31からの検出信号
を入力する検出信号入力部41、予め設定された基準磁束
密度(例えば100GUS)の設定信号を出力する基準設定部
42、検出信号入力部41を通ってきた検出信号と基準設定
部42からの設定信号とを比較しその偏差信号を出力する
比較部43、この比較部43からの偏差信号に基づいて電源
44から磁場発生コイルCa1,Ca2に流す励磁電流の大きさ
を制御する励磁電流制御部45から構成されている。
次に上記の如く構成された装置の動作について説明す
る。核融合装置が動作状態にあり、その真空容器内にプ
ラズマ電流が流れ、このプラズマ電流とプラズマ電流励
起コイル電流により発生した磁界H2が第1図に示す如く
ターボ分子ポンプ30にかかる。このときターボ分子ポン
プ30は、真空容器内を超高真空状態に保つため、内部に
設けられた羽根が回転している。
磁場検出器31は磁界H2の強さを検出し、その強さに対応
した検出信号を出力している。この検出信号は検出信号
入力部41を通って比較部43に送られ、この比較部43にお
いて基準設定部42からの設定信号と比較される。比較部
43は検出信号と設定信号との偏差を示す偏差信号を励磁
電流制御部45へ出力し、この励電流制御部45から、磁界
H2を相殺する磁界を磁場発生コイルCa1,Ca2から発生さ
せる励磁電流が出力される。つまり、検出信号のレベル
が設定信号のレベルより高い場合(磁界H2が強くなった
場合)には、磁場発生コイルCa1,Ca2に設定信号レベル
で流す電流より大きな励磁電流が流される。逆に検出信
号のレベルが設定信号のレベルより低い場合には、設定
信号レベルで流す電流より小さな励磁電流が流される。
しかして、磁場発生コイルCa1,Ca2からは、磁界H2の方
向と逆方向でのその大きさが同じ磁界HOが発生し、これ
によりターボ分子ポンプ30近傍の磁界H2は相殺される。
このように上記一実施例においては、磁場検出器31でタ
ーボ分子ポンプ30近傍の磁界の強さを検出し、この検出
信号と基準設定部42の設定信号との偏差に基づいて、磁
場発生コイルCa1,Ca2に流す励磁電流の大きさを励磁電
流制御部45で制御するようにしたので、従来のような磁
気シードル体を用いることなくターボ分子ポンプ30の磁
気シールドを行なえる。例えばターボ分子ポンプ30が直
径30cm、高さ60cmの大きさで1Kガウスの磁束密度をシー
ルドして200ガウス以下としたい場合、従来の鉄の磁気
シールド体では、その厚みを2cmとするので、その重量
は約100kgとなってしまう。これと比較してアルミニウ
ムで構成した磁場発生コイルCa1,Ca2では約10kgの重量
ですむ。ただし電源44は、十分遠くの位置に設置するた
め、この10kgの重量にははいっていない。一方、核融合
装置としては、自身の重量を軽量化及び鉄等の誘導放射
化される材料の削減は、運転上好ましいので、本装置は
この要求に答えることができる。また、ターボ分子ポン
プ30の回転軸方向の磁界はシールドしないでもよいの
で、従来のようなシールドの無駄を無くすことができ
る。
また、磁場発生コイルCa1,Ca2はアルミニウムで構成さ
れているので、核融合装置の周囲に存在する中性子によ
る誘導放射化の割合を小さくすることができ、さらにア
ルミニウムは鉄と比較してその半減期が短いため放射化
により半減期の短い誘導放射性物質の生成にとどめるこ
とができる。
なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではな
い。上記一実施例では、ターボ分子ポンプ30にかかる磁
界の方向は一定としていたが、この磁界の方向が時間的
に変化する場合は次のようにしてシールドを行なう。す
なわち、第1図に示す磁場発生コイルCa1,Ca2から発生
する磁界の方向に対して垂直方向の磁界を発生する1組
の磁場発生コイルとさらに磁界の方向を検出する磁界方
向検出器とを新たに設ければよい。これにより磁場検出
器、磁界方向検出器からの検出信号に基づいて両コイル
から発生する磁界を合成し、この合成磁界でターボ分子
ポンプ30へのあらゆる方向の磁界H2を相殺することがで
きる。
また、第3図(a)(b)に示すようにターボ分子ポン
プ30の周囲に複数の磁場発生コイルC1〜C7を設け、この
コイルC1〜C7に励磁電流をポンプ30の回転軸方向にsin
θの分布で流してもよい。これにより一様な磁界が発生
し、この磁界で外部からの磁界を打消すことができる。
この場合外部磁界の強さが時間的に変化する場合は、上
記一実施例と同様に磁場検出器で外部磁界の強さを検出
し、この検出信号をフィードバック磁場制御部40に送っ
てコイルC1〜C7から発生する磁界の強さを制御する。
[発明の効果] 本発明によれば、ターボ分子ポンプ近傍の磁界の強さを
磁場検出器で検出し、この検出信号と設定信号との偏差
に基づいてフィードバック磁場制御部から磁場発生コイ
ルに励磁電流を流すので、ターボ分子ポンプへの無駄な
磁気シールドを無くし得るとともに、その磁気シールド
を軽量なもので実現し得るターボ分子ポンプのシールド
装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るターボ分子ポンプのシールド装置
の一実施例を示す構成図、第2図は同装置におけるフィ
ードバック磁場制御部の具体的な構成図、第3図(a)
(b)は同装置の変形例を示す図、第4図は核融合装置
における真空容器を真空にする手段の構成図、第5図
(a)(b)は第1図に示すターボ分子ポンプの構成
図、第6図(a)(b)は従来におけるターボ分子ポン
プのシールド体を示す図である。 30……ターボ分子ポンプ、31……磁場検出器、40……フ
ィードバック磁場制御部、41……検出信号入力部、42…
…基準設定部、43……比較部、44……電源、45……励磁
電流制御部、Ca1,Ca2……磁場発生コイル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】核融合装置における真空容器を超高真空状
    態にするターボ分子ポンプの近傍に設けられ、前記核融
    合装置で発生した外部磁場の強さを検出する磁場検出器
    と、前記ターボ分子ポンプの近傍に配置された少なくと
    も1組の磁場発生コイルと、前記磁場検出器からの検出
    信号と設定信号との偏差に基づいて前記磁場発生コイル
    に、前記外部磁場と同一の強さ、かつ逆方向の磁場を発
    生させる励磁電流を流すフィードバック制御部とを具備
    したことを特徴とするターボ分子ポンプのシールド装
    置。
JP62086253A 1987-04-08 1987-04-08 タ−ボ分子ポンプのシ−ルド装置 Expired - Fee Related JPH0769444B2 (ja)

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EP3926174B1 (de) * 2021-06-29 2023-06-14 Pfeiffer Vacuum Technology AG Vakuumpumpe

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