JPS6040268B2

JPS6040268B2 - 核融合用プラズマ制御装置

Info

Publication number: JPS6040268B2
Application number: JP54036090A
Authority: JP
Inventors: 隆一嶋田; 俊昭柴田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1979-03-27
Publication date: 1985-09-10
Also published as: JPS55128191A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、核融合用プラズマ制御装置に関する。

核融合開発において、プラズマ位置形状の適切な制御は
重要な課題の一つである。

近年装置が大型化されるにつれて制御装置も複雑かつ高
価なものとなっており、良質かつ低廉な制御装置が要望
されている。一般に、トカマク型プラズマの励起、制御
はプラズマ周辺に配置されたコイルの電流による磁場を
調整させることにより行なわれる。

第１図はその様子を簡略化して図示したもので、１はプ
ラズマ、２はプラズマ励起用コイル、３はプラズマの制
御コイル、４は制御装置である。

プラズマ１のまわりにはプラズマ電流と同じ向きに巻か
れた多数の「ポロィダル磁場コイル」と呼ばれるコイル
が配置されている。プラズマ電流と直交する向きに巻か
れる「トロイダル磁場コイル」と呼ばれるコイルも配置
されるが、プラズマの位置形状制御はポロィダル磁場コ
イル電流を制御することにより行なわれる。プラズマ１
はプラズマ励起用コイル２によって励起され、数種の制
御コイル３の電流を制御装置４で調整することによって
制御される。制御装置４は一般にサィリスタ直流電源ま
たはそれに幾つかの要素が付加された形で構成される。
第２図ａはプラズマの発生から消滅に至るまでのプラズ
マ電流ｌｐの波形、ｂは制御コイル電流ｌｃをｌｐに比
例する場合のｌｃ波形、ｃは制御装置４が発生する電圧
Ｖｃの波形の概略図である。

プラズマ電流ｌｐが時刻ｔ＝０からＴ，の間に急速に上
昇し、その後定格値ｌｐｍをｔ＝Ｔ２まで保持してから
ｌｐを下降させｔ＝Ｌにおいて消滅させる過程において
、ある制御コイルの電流ｌｃが常にプラズマ電流とほぼ
比例して流す場合の例を示した。このとき第１図の制御
装置４が出力すべき電圧Ｖｃはプラズマ励起初期におい
て最も高い電圧Ｖ肌が必要であり、プラズマ電流を一定
値に保持する期間に必要な電圧ＶＱに比べて数倍にも達
する。制御装置４をサィリスタによる直流電源のみで構
成すると、電源の電圧定格はＶｃｍ、電流定格は１脚に
しなければならず、制御性は良いが使用するサィリス夕
個数が多く、非常に高価な電源装置となってしまう欠点
がある。この欠点を改善する方式は幾つか考えられてい
る。第３図は、従来考えられている方式の一例を示し、
図において５は蓄積用電源、６は直流しや断器、７はエ
ネルギー蓄積コイル、８は可変抵抗器、９は定常用電源
、１０及び１１は阻止ダイオード、１２は投入用スイッ
チである。

第６図ａ〜ｆ実線は第３図の各部の電圧、電流波形を示
す。この第６図を参照して第３図の動作を簡単に説明す
る。プラズマ発生に先立って時刻Ｔ‐２において蓄積用
電源５は電圧を発生し（第６図ｃ）、直流しや断器６を
介してエネルギー蓄積用コイル７に流電を流す（第６図
ｂ）。

時刻Ｔ‐，で電流値が希望値に達したら電圧を下げその
電流を保持しておく。この期間では可変抵抗器８、制御
コイル３、定常用電源９にはそれぞれ阻止ダイオード１
０、阻止ダイオード１１、開放状態の投入用スイッチ１
２が直列に接続されているためこれらには電流は流れな
い。プラズマ発生と同時に直流しや断器６により電流を
しや断すると、エネルギー蓄積用コイル７に蓄えられて
いた電流は阻止ダイオード１０，１１を介して、それぞ
れ可変抵抗器８と制御コイル３に流れ始める。第６図ｆ
の実線で示すように時間が経過するに従って制御コイル
３の電流ｌｃは増加していく。この電流はプラズマ電流
とほぼ比例した形でなければならないので可変抵抗器８
を一定値に固定していたのでは次第に理想値から外れて
くる。このため適当な時刻に可変抵抗器８の一部を図示
しない投入スイッチで短絡するなどしてｌｃの増加率を
調整する。時刻ｔ＝Ｔ，においてプラズマ電流が定格値
ｌｐｍに達したら投入用スイッチ１２を投入して定常用
電源９によりｌｃを一定値ＩＧに維持する。エネルギー
蓄積コイル電流ｌｓは定常用電源９の接続後間もなく零
となり、それ以後は阻止ダイオード１１によって阻止さ
れる。プラズマ電流消滅時にはｌｃもやはりｌｐに比例
して減少させる。第３図のような方式によればプラズマ
励起期間においてはいずれの電源も制御コイル３から分
離しているので、各電源の電圧定格はＶｃｍとは無関係
に決定できる利点がある。

その代わり、機器の個数は増加し動作が複雑になる。ま
たこの方式ではプラズマ励起中のｌｃの調整は可変抵抗
器８を段階的に変化させることにより行なうので、制御
の精度は第１図の制御装置４をサィリスタ電源のみにし
た場合に比べて悪くなる。第４図はｌｃを抵抗器８と直
列に接続した補助電源１３によって無段階に調整できる
ようにしたものである。この調整可変範囲は、補助電源
１３の電圧定格が大きいほど拡がることになる。第６図
に補助電源１３の電圧がｃに示すように−ＥｎからＥｍ
まで可変であるとき、制御コイル両端の電圧Ｖｃはｄに
示すように斜線を施した範囲で可変であり、その結果ｌ
ｃはｆで斜線を施した範囲内で調整可能であることを示
す。本発明の目的は、制御電流ｌｃを無段階で調整でき
るという第４図の方式の特徴を損うことなく蓄積コイル
用電源５と補助電源１３を一個の電源で共用させ、電源
の数を減らすことにより低廉な核融合用プラズマ制御装
置を提供することにある。

本発明の特徴は蓄積用電源５、エネルギー蓄積コイル７
、直流しや断器の回路において、従来エネルギー蓄積コ
イル７に直接または補助電源１３を介して並列に接続さ
れていた抵抗器を直流しや断器６の両端に移し変えたこ
とにある。

以下本発明を第３図と同一部に同一記号を付して示す第
５図の一実施例を参照して説明する。

プラズマ電流発生に先立って、電源５により直流しや断
器６を通してエネルギー蓄積コイル７に電流を蓄積する
点は第４図の方式と同様である。次にプラズマ発生と同
時に直流しや断器６により電流をしや断すると、蓄積電
流ｌｓは抵抗器８と電源５に流れる分とまたダイオード
１１を介し制御コイル３に流れる分の２つに分流してい
く。制御電流ｌｃの調整は電源５の電圧を変化させるこ
とにより行なう。すなわち、第４図において直流しや断
器６が電流をしや断した後の等価回路は第５図のそれと
全く同じである。蓄積用電源５の定格は一般に補助電源
１３の定格以下になるのが普通であるため、第５図は第
４図に比べて蓄積用電源５が省略されたものと見ること
ができる。しかもこのために増設される機器はない。以
上は抵抗８として固定を用いたが段階的に変化する抵抗
にして主な調整はこの抵抗器の変化によって行い、微調
整のみを電源５で行うことにすれば、電源５が出力する
電圧範囲は狭くて済みより小型の電源になる。

また第５図では制御コイル電流ｌｃの初期値を零として
説明したが、初期値が零でなくとも全く同様に動作が可
能である。これまで述べたように、本発明によれば第４
図の方式によって得られる効果と全く同じ効果を電源を
一個省略することによって得ることができ、低廉な核融
合用プラズマ制御装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマ励起の制御装置を電気的に見た略図、
第２図は第１図におけるプラズマ発生から消滅に至るま
でのプラズマ電流ｌｐ、制御コイル電流ｌｃ、制御コイ
ル両端の電圧の一例を示す図、第３図及び第４図は従釆
の制御装置のそれぞれ異なる一例を示す回路図、第５図
は本発明の−実施例を示す回路図、第６図は第３乃至第
５図の回路の各部電圧電流波形の概略を示した図である
。１…・・・プラズマ、２…・・・プラズマ発生用コイル
、３…・・・制御コイル、４・・・・・・制御装置、５
・・・・・・蓄積用電源、６・・・・・・直流しや断器
、７・・・・・・エネルギー蓄積コイル、８…・・・抵
抗器、９・・・・・・定常用電源、１０，１１・…・・
阻止ダイオード、１２・・・・・・投入用スイッチ、１
３・・・…補助電源。第１図第２図第３図第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

１直流電源と、しや断器を介し前記直流電源によつて
附勢されるエネルギー蓄積コイルと、前記しや断器の開
放時ダイオードを介し前記エネルギー蓄積コイルの蓄積
エネルギーが供給される制御コイルと、この制御コイル
電流を所定の値に保持するための定常用電源を具備した
核融合用プラズマ制御装置において、前記しや断器に並
列に抵抗器を設け、前記直流電源で前記制御コイルの電
流を制御し得るようにしたことを特徴とする核融合用プ
ラズマ制御装置。