JPS63187189A - 核融合装置用積分器 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は核融合装置の磁場検出器の積分器に係り、特に
核融合炉での長時間プラズマ放電で精度良く磁場計測す
るのに好適な核融合装置の磁場検出器用積分器に関する
。

〔従来の技術〕

従来、°核融合装置では小型コイルで磁場の変化率を計
測しく第２図参照）、この出力をアナログか、又は電圧
−周波数変換するデジタル方式の積分器で積分してプラ
ズマ周囲の磁場で計測している。この磁場計測値はプラ
ズマ断面形状制御のためには高積度が要求される。第１
図はこの計測回路を示したものである。磁気プローブ（
小型コイｔ 比例しアナログ型積分器１、又は、デジタル型積釡器２
に入力されて積分されて磁場Ｂに比例する信号（１０：
デジタル出力、１１：アナログ出力）になる。

これらの積分器ではプラズマ放電直前にリセット信号９
により積・分開始が指示される。アナログ型積分器では
リセット信号９によりスイッチ１２を開くことにより積
分が開始される。デジタル型積分器２ではリセット信号
９によりＵ　Ｐ　−００ｗＮカウンタが零にリセットさ
れ零点較正器７の出力が。

プラズマ放電直前に電圧−周波数変換器５の出力ｆと基
準発振器６の出力ｆｏの差を０とするようにセットされ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来の積分器は、最大十秒程度のプラズマ持続時
間をもつ現在の核融合実験装置には充分な精度（フルス
ケール出力に対して１０″″δ以下の誤差）を持ってい
る。しかし、核融合炉では約二千秒のプラズマ放電時間
であり、積分後の誤差が大きくなる。

積暖器での誤差で最も問題となるものは、零点ドリフト
である。これは時間と共にほぼ積分時間に比例して大き
くなる。従って、核融合炉での積分誤差の大きさは１０
−１〜１程度に大きくなり。

事実上磁場計測が不可能となる。従来の積分器での磁場
計測の様子を第３図に示した。プラズマ放電直前にリセ
ット信号が入力され積分が開始される。プラズマ電流に
ほぼ比例するポロイダル磁場が発生する。しかし、積分
器零点ドリフトはリセット後時間の経過と共に増大する
。この結果、積分器出力（つまり磁場計測値）は第３図
のように大きな誤差を持つようになる。この結果、プラ
ズマ断面形状の計測が不可となり、断面形状制御の精度
が悪化し、プラズマ閉込めの劣化をまねく。

従って、従来の積分器では数千秒の間積分する必要のあ
る核融合炉には適用不可能である。

本発明の目的は、長時間の積分が可能な核融合装置の磁
気検出器用の積分器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、プラズマ放電中にも積分器を較正する手段
を設けることにより、達成される。そこで、プラズマ周
囲の磁場の測定値を用いて、最も確からしい磁場の値を
推定し、これを査準に積分器の出力を較正する。積分器
出力と推定磁場の差が必要な補正量である。アナログ型
積分器ではこの補正量に相当するパルスの大きさく電圧
Ｘ時間）を入力することにより補正できる。また、デジ
タル型積分器では基準周波数ｆｏを２ｆｏ、又は、０に
補正に必要な時間だけ変更することにより補正できる。

２ｆｏ、又は、Ｏに変更する時間ｔｃは補正すべきカウ
ント数をｎｃ　とするどきｔｃ＝ｆｏ／ｎｃである。ｔ
ｃが負であれば基準周波数を０とし、正であれば２ｆｏ
とする。

最も確からしい磁場の値を推定する方法は、プラズマ断
面形状の計測手法を応用する。つまり、あるプラズマ中
の電流分布ｊ１　（＊、ｚ）（ｉ＝１２、・・・ｎ）を
仮定し、プラズマ中のある点（Ｒ。

Ｚ）でのプラズマ電流密度１ｐ（Ｒｐｚ）が。

Ｒ：主半径、Ｚ：高さ、但し軸対称を仮定で表　・わせ
るとする、仮定する電流分布の関数の数ｎは、通常、４
〜６ケである。またｊｔ（Ｒｄｚ）は次のように規格化
しておく。

但しＳｐ　：プラズマのポロイダル断面そこで、ポロイ
ダルコイルの電流をＩ’ｔ（ｉ＝ｎ＋１・・・ｎ＋ｍ）
ｍはポロイダルコイルの数）としたとき、次の値を最小
とするように１０ｉを決める。

ＰＣａ＝ΣＡｓａ　　Ｉ’ｊ　　　　　　　　　・・・
（３）但し、Ｐ　”１　＠磁場データの計測値ｎ１：磁
場データ数Ｐ’ｉ：コイル及びプラズマ電流分布の各大
きさをもとに推定される磁場データ、ＡＩＪ：Ｊ番目の
電流要素（コイル及びプラズマ中の電流分布）の単位電
流によるｉ番目の磁場検出器出力の太き一一子想される
誤差の大きさ。磁場検出器はプラズマ周囲のポロイダル
磁場に関係するものであれば何でもよくて、データとし
てはプラズマ電流、ポロイダル磁場強度磁束値、コイル
電流値がある。また、プラズマ中の電流分布としては数
個の線輪電流を次のように仮定することもできる。

ｊｘ（Ｒ，ｘ）＝δ（Ｒ−Ｒｌｔ　ｚ−ＸＩ）　　　　
　−（４）ここで、Ｒ＊、Ｚｔは線輪電流のポロイダル
断面上の位置（軸対称仮定）である。また、分布電流を
仮定して次のようにｊｃ　（Ｒ＃　ｚ）　ｋ決めること
もできる。つまり、プラズマの平衡方程式（プラズマ周
囲の磁束分布の式）は次式で、 μｏＲａφ ここで、Ｐはプラズマの圧力分布、ｆは主半径Ｒ）］３
−ｇ　ｈロイダル磁場強度の積、μ０は真空中の透磁］
、・率、ψは磁束関数である。そこで電流分布Ｊｉ（Ｒ
ｅｚ）として次のような関数が考えられる。

ｊ　１（Ｒ？　ｚ）＝ＣｔＲ（φ（Ｒ，Ｘ）−ψ、）ｉ
Ｂ＝１〜ｎｚ）ｊ　！（Ｒ，Ｘ）＝ＣＩ　　（φ（Ｒ，
ｚ）−ψｇ）’（ｉ−＝ｎｚ＋１〜ｎ）ここで、Ｃｔは
、）ｔ（＋ｔ、ｚ）を規格化する係数で、ψ８はプラズ
マ表面の磁束関数値である。

これらのプラズマ電流分布の仮定により二式の誤差Ｅを
最少にするように求めたｐｃｍ（磁場データ推定値）は
最も確からしいｉ番目の磁場データの値であり、Ｐ’ｚ
　　ＰＣｔが補正量であり、補分器の出力がＰ”ｌ−Ｐ
’１だけ減少するように補正する。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図に示す実施例に従って説明する。

第１図はアナログ型積分器１で示している。積分器の出
力１１は磁場計測データとしてプラズマデータ収集系、
又は、プラズマ断面形状制御系に出力されるが５本発明
では積分器の補正を行う演算器１３にも入力される。演
算器は式（２）を最少にするため次の演算を行う。

（１）　　Ｉｃｌの推定 −＋り （２）　ｐＣｔの推定　　　　　　　　　　　　　・・
・（８）Ω＝１ （３）補正量Δ電の計算 Δ’ｔ　＝　Ｐ　”Ｉ　　Ｐ　ＣＩ　　　　　　　　　
　　　・・・（９）これらの演算は全て線型演算でアナ
ログ処理も可能であり、この場合、非常に高速（〜１０
０μＳ以下）に演算できる。また、デジタル化して処理
すわば精度が向上するが、この場合でも線型計算のため
高速に処理でき一秒以下の演算時間で可能である。この
演算ｏ１３にはプラズマ形状制御等に利用可能な磁場デ
ータの全て（ｎｍケ）が入力され、補正量ΔＣ，が出力
される。パルス発生器１４はパルス電圧り、とパルス長
（時間的長さｔｘ）がΔ’＋＝ｈｉｔｉとなるようなパ
ルスを出力する。

積分器はこのパルスを加えて積分することにより零点ド
リフトによる積分誤差を補正できる。

第１図の積分器の動作を第４図に示す、プラズマ放電の
直前にリセット信号９が入力され積分が開始される。プ
ラズマ放電中積分が持続するが、積分中子ないし三十秒
毎にリセット信号が演算器に入力される。演算器がデジ
タル処理の場合、較正信号により演算器はＡＤ変換を行
い、データを入力し、その後、確からしい磁場データを
推定する演算を行い、パルス発生器１４に出力する。こ
れを受けてパルス発生器１４より補正パルス１７が出力
される。この結果、積分器の零点ドリフトが補正パルス
毎に補正される。この結果、積分器出力１１は零点ドリ
フトが取り除かれ精度良い磁場計測が可能となる。

デジタル型の積分器（第１図下部）では第５図、又は、
第６図に示すように補正される。第６図の補正法ではア
ナログ処理されて補正される。つまり、磁気プローブの
出力信号に補正パルスが加えられてデジタル化され積分
される。この場合、パルス発生器７はアナログ積分器と
同じ動作を行う。

第６図の方法は基準周波数発生器からの出力を・と がＡｃｉのとき、Ａｃｉが正であれば、基準周波数を２
ｆｏにし、１カウントに相当する計測量が６１ノトキ、
ｔＣｉ＝　ｌ　Ａｃｉ　　Ｉ　／　（ａｔｆｏ）　（ｉ
’）間２ｆ。

の基準周波数をつづける。このとき２ｆｏ有効パルス３
１がｈｉｇｈ（１）で、ｆＯ有効パルスがＬｏｗ　（０
）である、また、Ａｃｉが負のとき２ｆｏ、ｆｏ有効パ
ルス３１，３２を共にＬｏｗ（０）として、ｔＣｔ＝Ｉ
Δｃ、１／（δ１ｆｏ）の時間つづける。この場合、パ
ルス発生器１４はｉｏ、２ｆｏ有効パルス３１，３２の
二種をＴＴＬパ／Ｌ／ス等で０Ｎ（１）−ＯＦＦ（０）
信号として出力する。通常はｉｏ有効パルス３１のみが
ｈｉｇｈ（１）で積分動作が実行される。なお、図中３
はデジタル化処理部、４はアップダウンカウンタ、８は
アイソレータ、１２はリセットスイッチ、１５は補正量
、１６は較正信号、２１はプラズマ、２２は磁気プロー
ブ、２３は磁束ループである。

磁場データ数ｎｌＩは、通常、１００程度であり、１回
の補正で１　／　、／’；＝１／　１０程度に零点ドリ
フト誤差が小さくできる。また、従来の積分器では積分
時間に比例して零点ドリフト誤差が大きくなるが、本方
法のように放電途中でも較正を行えば放電時間をｔ４と
すると零点ドリフトによる誤差はＥに比例する程度に抑
えられる。従って、十秒の積分時間で１０−８程度の零
点ドリフトを持つ積分器で、二千秒の積分を行っても、
本方法を用いれば零点ドリフトによる計測誤差を従来法
の１％以下にできる。この大きさはプラズマ断面形状を
精度良く求めるには充分な値で、長時間のプラズマ放電
中でも高精度のプラズマ断面形状制御が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、長時間のプラズマ放電中にも。

積分器の較正が可能であり、零点ドリフトを小さくでき
、磁場計測データの精度向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２・図は従
来形積分器の系統図、第３図は従来の積分器の動作説明
図、第４図は本発明による積分器の動作説明図、第５図
はデジタル型積分器を較正する方法を示すブロック図、
第６図はデジタル型積分器を基準周波数を変えて較正す
る方法を示すブロック図モある。 １・・・アナログ積分器、２・・・デジタル積分器、３
・・・デジタル処理部。　　　　　　　　　　　　　　
　　・、、ハ代理人　弁理士　小川勝男　　　ワ 率′２−日 も４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気センサと積分器により構成される核融合装置の
   磁気検出器において、 利用できる全ての磁気計測データからコイル電流とプラ
   ズマ電流分布を推定することにより前記磁気検出器の確
   からしい値を推定し実測値との差を求めて前記磁気検出
   器の補正量として出力する演算器と、必要な前記補正量
   に応じたパルスを発生するパルス発生器及び積分器に補
   正パルス入力部を設けたことを特徴とする核融合装置用
   積分器。