JPS6238387A - 多重構造ペレツトおよびその製造装置 - Google Patents

多重構造ペレツトおよびその製造装置

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JPS6238387A
JPS6238387A JP60179021A JP17902185A JPS6238387A JP S6238387 A JPS6238387 A JP S6238387A JP 60179021 A JP60179021 A JP 60179021A JP 17902185 A JP17902185 A JP 17902185A JP S6238387 A JPS6238387 A JP S6238387A
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JP
Japan
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plasma
pellet
impurities
impurity
pipe
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JP60179021A
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English (en)
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信博 西野
充志 阿部
大塚 道夫
仁 清水
小林 朋文
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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  • Disintegrating Or Milling (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、多重構造ペレットおよびその製造装置に係り
、特に、プラズマの密度分布と温度分布の制御に用いる
多重構造ペレットとその製造装置に関するものである。
〔発明の背景〕
プラズマ中の不純物の挙動を調べるために、プラズマ中
心部に不純物を打込む(inject)方法が。
例えば、「レビュー オブ サイエンス インストルメ
ントJ  (Review of 5cience I
nstrument)且立、 1979. p482に
記載されている。
不純物打込みに用いる従来のペレットは、固体水素だけ
で作られていて、プラズマ中心部での密度を増大させる
作用をもつ、ところが、電子温度分布を制御することを
考慮していないために、プラズマ中心部での電子温度に
ピーキングが生じ、結果として、プラズマの破壊的消滅
、すなわちディスラプション(disruption)
を招きゃすい欠点があった。
第16図は、核融合装置または核融合実験装置51に、
電子温度分布測定装置153と固体水素ペレット打込み
装置54を取付けた状態を示す図である。プラズマ52
の電子温度分布を電子温度分布測定装置53で測定し、
その結果、経験的にあるいは予め与えられた条件を満せ
ば、固体水素ベレット打込み装置54から、固体水素ペ
レットをプラズマに打込むシステムである。
ペレット打込み前の電子温度分布が第17図のようであ
ったとする。ペレットはプラズマに打込まれて徐々に蒸
発するので、ペレットが従来の(重)水素ペレットのと
きは、第18図に示す蒸発曲線となる。このペレットに
よるプラズマのエネルギー・ロスは、はとんどが(重)
水−素のイオン化エネルギーであるため、蒸発量に比例
する。
その結果、単位体積当りエネルギーの大きいプラズマ中
心部は、はとんど冷却されず、逆に、単位体積当りエネ
ルギーの小さいプラズマ周辺部は。
かなり冷却される。第19図に示すとおり、ペレット打
込み後、プラズマ中心部に鋭いピークを持つ電子温度分
布になり、プラズマのディスラプションを招く可能性が
大きくなる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、プラズマの電子温度分布の制御を容易
にしプラズマの破壊的消滅を防ぐのに有効な多重構造ペ
レットと、その多重構造ペレットの製造装置とを提供す
ることである。
〔発明の概要〕
トカマク型核融合装置のプラズマにおいて、プラズマ中
心部の密度を増大させるために、固体水素ペレットをプ
ラズマに注入する方法が1例えば、前記文献に示されて
いる。
この方法では、プラズマ中心部で大部分の固体水素が蒸
発するように、ペレットの大きさとプラズマへの注入速
度を決めているが、プラズマ周辺部からペレットが蒸発
するため、周辺部の密度も増大する。
蒸発したペレットの成分である水素は、電子衝突により
イオン化され、さらに、イオンとの衝突により温度が上
がる。そのために、プラズマは。
その分だけエネルギーを失うことになる。
プラズマ中心部での密度の増え方は1周辺部のそれと比
べてたかだか数倍である。一方、プラズマの中心部の単
位体積当りのエネルギーは、周辺部のそれと比べて1桁
以上大きい。
したがって、プラズマの電子温度は、中心部より周辺部
の方がより低下率が大きく、結果として、電子温度分布
は中心部にピークを持つ形になり。
プラズマのディスラプションを招きやすい。
そこで、注入するペレットを多重構造にし、外側材料は
固体水素、内側材料は固体水素以外の不純物にすると、
外側材料の固体水素はプラズマ周辺部で蒸発し、内側材
料の不純物は中心部だけで蒸発させることができる。
プラズマ中心部で蒸発した不純物は、水素、と同様に電
子衝突によりイオン化し、イオンとの衝突により、自ら
の温度を上げて、プラズマからエネルギーを奪う。それ
に加えて、電子衝突による励起状態から基底状態に戻る
ときの線輻射、イオン電荷による制動輻射、イオンと電
子の再結合による輻射などがあり、原子1個当りのプラ
ズマから奪うエネルギーは、水素のそれより1桁以上太
きい。
この性質を利用し、不純物をプラズマ燃料物質で覆った
多重構造ペレットをプラズマに打込むと、プラズマ中心
部の温度を周辺部に比べて効果的に下げ、電子温度分布
を平坦にできる。すなわ、ち、多重構造ペレットにより
電子温度分布の制御が容易となり、プラズマのディスラ
プションを防げる。
さらに、この多重構造ペレットの内側材料の不純物量を
調節すると、プラズマ中心部の温度をあまり低下させな
いで、プラズマ中の不純物イオンの輸送現象に関する実
験も可能となる。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して、本発明の実施例をより詳細に説
明する。
第1図〜第3図は、本発明による2重構造ペレットの実
施例を示す模式図である。第1図は円柱形2重構造ペレ
ット、第2図は断面が楕円形のペレット、第3図は球形
のペレットを示す。これらの例において、外側材料10
2は、固体水素(H。
D、T)で、内側材料101は、不純物(へりラムと固
体水素以外の物質)である。2重構造ペレットの大きさ
は、例えば、大半径5m、小半径1.2mのプラズマで
は、外側材料102の固体水素は、0.028 cd程
度で、内側材料101を鉄とすると、O,00002m
程度となるので、2R=3m。
Q = 3 m程度の大きさとなる。
なお、ここでは2重構造ペレットとしているが、内側材
料をさらに多重化して3重以上とすることもできる。
次に、これら実施例の2重構造ペレットをプラズマに打
込んだ場合の作用と効果について述べる。
第14図は、2重構造ペレットがプラズマに打込まれて
、蒸発していく材料の蒸発曲線を示したものである。2
重構造ペレットがプラズマに打込まれると、予め決めら
れた厚さの外側材料102がまず蒸発していく、外側材
料102が蒸発してなくなり、内側材料101がプラズ
マにさらされると、内側材料101が蒸発し始める。こ
の外側材料102の覆いにより、内側材料101はプラ
ズマ中心部のみで蒸発する。内側材料101の蒸発曲線
は点線で、外側材料102の蒸発曲線は実線でそれぞれ
示しである。プラズマ周辺部で蒸発した外側材料102
は、先に述べたように、イオン化エネルギーをプラズマ
の電子から奪い、プラズマ周辺部の電子温度を下げる。
一方、プラズマ中心部で蒸発した内側材料101は不純
物なので。
イオン化工ネギ−の他に放射損失(制動輻射、線幅対、
再結合、輻射)により、プラズマの電子からエネルギー
を奪う。この放射損失は、イオン化エネルギーよりも1
桁以上大きいので、プラズマ中心部の電子温度の低下率
は、プラズマ周辺部のそれより大きくなる。その結果、
プラズマの電子温度分布は、第15図のように平坦に近
づく、シたがって、プラズマのディスラプションを防ぎ
ながら、電子温度分布を平坦化できる。
本実施によれば、従来の(重)水素ペレットではできな
かった電子温度分布の正確な制御を容易にし、プラズマ
のディスラプションを防ぐことが可能となる。
なお、発射速度可変のペレット打込み装置と組合わせれ
ば、広範囲な温度と密度とのプラズマに対し、電子温度
分布の最適制御が可能となる。
次に、この2重構造ペレットを製造するために、2重管
構造を持つペレット製造装置を説明する。
第4図に示した2重管構造ベレット製造装置は、2重構
造ペレットの外側材料102を導くパイプ10と、外側
材料102を液化する液化器6と。
それを固化する冷凍器7と、つながったペレット  “
を切るカッターナイフ11と、ナイフ受け13と、不要
なペレットを捨てる廃棄部8と、冷却部6゜7の温度を
制御するヒータ1と、液体ヘリウムを流す冷却パイプ2
と、内側材料101を導くパイプ5とインナーノズル4
とを一体的に形成したピストン3とからなる。冷却部6
,7には、一様な温度にしたいために、熱伝導のよい無
酸素銅9を用いている。冷却部6,7.8の温度は、そ
れぞれTx=F=19°K 、 To = 4°にであ
る。
次に、第5図〜第10図を用いて、この装置のA部の動
作を説明する。
つながった2重構造ペレットの上にピストン3−がある
状態が第6図である1次に、第6図のように、ピストン
3内のパイプ5を通じて、内側材料101を導き、ペレ
ットの上におく。このとき、第4@のインナーノズル4
によって、液体状の内側材料101を予め決められた量
だけ出す、内側材料101は、ヘリウム、固体水素以外
の物質であるから、このとき、固体水素上で固まる。も
し、内側材料101が初めから固体の場合は、予め決め
られた量の粒をインナーノズル4から落す。内側材料1
01が固体になる時間を見計って、第7図のように、ピ
ストン3をペレット1個分より少し高い位置まで上げる
。ピストン3が上がったことを確認したのち、第8図の
ように、液体状の外側材料102′をペレット1個分、
外側パイプ10とのすきま15を通じて、先はど固体化
した内側材料101を覆うように流し込む、そして、第
9図のように、外側材料102が凍るまで待つ。
次に、外側材料102が凍り、固体になったときを見計
って、ピストン3を下げて、第10図のように、ピスト
ン底面と凍った外側材料102とを接触させる。最後に
ピストン3がペレット1個分゛だけ外側材料102を押
し下げて、第5図の状態に戻る。この過程をくり返して
、2重構造ペレットがつながった円柱を作り、後段のカ
ッタ一部で、2重構造ペレットを1個づつ切り離す。切
り離されたペレット14は、ガス出口12からのガスに
より、系外に送り出される。
第4図に示した冷凍部6,7は、内側材料101が固っ
てもパイプ5を詰まらせないような温度に設定し、しか
も固まった外側材料102を蒸発させないように温度勾
配をもたせることが必要である。そこで、冷却パイプ2
に流す液体へ−リウムの流麗とヒータ1とで正確に温度
を制御する。
本発明の他の実施例を第11図〜第13図に示す。
第11図の実施例は、第4図の実施例のピストン部3の
製作を容易にするため、2重構造ペレットの径よりもピ
ストンの径を大きくし、ペレットの大きさまで外側材料
を小さくするために、外側パイプ10に適当なテーバを
持たせ、ペレットの外径まで外側パイプ10の内径を細
くし、ピストン3の圧力を増すものである。
第121i!I、第13図の実施例は、それぞれ第4図
と第11図とに対応して、内側材料が円柱端面まで詰ま
った変形2重構造ペレットを作るものである。これらは
、ピストン3の内側パイプ5に内側材料101を常時加
圧して供給し、内側材料101℃外側材料102とを同
時に押し出す方法をとっている。これらの実施例では、
内側材料が円柱端面まで詰まったペレットができるので
、第4図または第11図の例のように、内側材料がペレ
ット上下端面の中心に位置するかどうかについて、気を
つかう必要がない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、プラズマの中心部のみに不純物を注入
できる多重構造ペレットが得られるので1、プラズマの
電子温度分布を中心部にピークのないなだらかな分布と
し、プラズマのディスラプションを防ぐことができる。
また、多重構造ペレットを連続して自動的に製造可能な
多重構造ペレット製造装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による円柱形2重構造ペレットの模式図
、第2図は同じく断面が楕円形のペレットの断面図、第
3図は同じく球形のペレットの断面図、第4図は本発明
による2重構造ペレット製造装置の断面図、第5図〜第
10図は第4図装置A部の動作を説明する図、第11図
はテーパ状パイプを用いたペレット製造装置の実施例の
断面図、第12図と第13図とは内側材料が円柱端面ま
で詰まったペレットを作る製造装置の他の実施例の断面
図、第14図は本発明による2重構造ペレットの蒸発曲
線図、第15図は本発明ペレット、入射後のプラズマの
電子温度分布を示す図、第16図は核融合装置とそこに
取付けられた電子温度分布測定装置および2重構造ペレ
ット打込み装置とを示す平面図、第17図はペレット入
射前のプラズマの電子温度分布を示す図、第18図は従
来のペレットの蒸発曲線図、第19図は従来ペレット入
射後のプラズマの電子温度分布を示す図である。 l・・・ヒータ、2・・・冷却パイプ、3・・・ピスト
ン、4・・・インナーノズル、5・・・パイプ、6・・
・液化器、7・・・冷凍器、8・・・廃棄部、9・・・
無酸素銅部材、10・・・外側パイプ、11・・・カッ
ターナイフ、12・・・ガス出口、13・・・ナイフ受
け、14・・・完成ペレット、15・・・パイプすきま
、51・・・核融合(実験)装置、52・・・プラズマ
、53・・・電子温度分布測定装置、54・・・2重構
造ペレット打込み装置、1o1・・・内側材料、102
・・・外側材料。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、プラズマの密度分布と温度分布の制御に用いるペレ
    ットにおいて、プラズマの燃料物質に少なくともひとつ
    の不純物を加えて形成したことを特徴とする多重構造ペ
    レット。 2、特許請求の範囲第1項において、プラズマの燃料物
    質が、不純物の大部分を覆つた構造であることを特徴と
    する多重構造ペレット。 3、特許請求の範囲第1項または第2項において、不純
    物のひとつが少なくともひとつの他の不純物の大部分を
    覆つた構造であることを特徴とする多重構造ペレット。 4、プラズマの燃料物質に少なくともひとつの不純物を
    加えた構造を有しプラズマの密度分布と温度分布の制御
    に用いられる多重構造ペレットの製造装置において、燃
    料物質を導くパイプ中に不純物を導くパイプを入れた多
    重パイプ部を備え、不純物を燃料物質の略中心に固定し
    た多重構造ペレットを製造することを特徴とする多重構
    造ペレットの製造装置。 5、特許請求の範囲第4項において、不純物が初めから
    固体であり、予め決められた量の粒としてパイプから供
    給されることを特徴とする多重構造ペレットの製造装置
    。 6、特許請求の範囲第4項において、不純物が初めは流
    体であり、不純物導入パイプから連続的に供給されるこ
    とを特徴とする多重構造ペレットの製造装置。 7、特許請求の範囲第4項または第6項において、不純
    物導入パイプ出口付近の燃料物質導入パイプ外周に冷凍
    器を、またそれより上部の燃料物質導入パイプ外周に燃
    料物質液化器を取付け、不純物導入パイプ出口までは不
    純物の固化とそれによる詰まりを防ぎながら不純物を供
    給することを特徴とする多重構造ペレットの製造装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07104079A (ja) * 1993-09-30 1995-04-21 Kaku Yugo Kagaku Kenkyusho 複層構造ペレット及びその製造方法並びにその製造装置

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JPH07104079A (ja) * 1993-09-30 1995-04-21 Kaku Yugo Kagaku Kenkyusho 複層構造ペレット及びその製造方法並びにその製造装置
US5487094A (en) * 1993-09-30 1996-01-23 The Director-General Of The National Institute For Fusion Science Double-layer pellet, method of manufacturing the same, and apparatus for manufacturing the same

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