JPS63210797A - 核融合装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、核融合装置に係り、特に、プラズマのＭ　Ｈ
Ｄ不安定性の成長などによって起こる異常運転を回避で
きるようにした核融合装置に関する。

（従来の技術） 磁場閉込め型の核融合装置では、プラズマのＭＩＩＤ不
安定性が成長すると、閉込め特性が劣化し。

ついには放電の中断に至ることがある。この放電の中断
は緩慢に起こるのではなく裁断的に起こる。

このように閉込め特性が劣化したり、放電が中断したり
すると、プラズマの持つ熱エネルギや電磁エネルギが閉
込め空間を形成する容器壁やその外側に配置されている
構造物に向けて急激に放出される。今後、建設される大
型核融合装置では、プラズマに蓄積さる熱エネルギや電
磁エネルギが大きいので、上記のような異常運転が発生
し、このエネルギが容器壁や装置全体に急激に放出され
たときには、装置に大きなダメージを与えることが予想
される。

このような核融合装置の異常運転を抑制あるいは回避さ
せるための対策は、現在のところほとんど採られていな
い。たとえば１代表的なトカマク型核融合装置ではディ
スラプションがしばしば発生するが、これに対する有効
な安定化対策は確立されておらず、またディスラプショ
ンの回避制御も行われていないのが実状である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、大型の核融合装置を実現するには、異常運
転に対する何らかの対策が不可欠となる。

そこで本発明は、簡単な構成であるにも拘らず。

プラズマの異常に対して速やかに対処でき、もって安全
性の向上と大型炉の出現に寄与できる核融合装置を提供
することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、一次コイルに流れる電流の電磁誘導作用で初
期プラズマの生成あるいはプラズマ中に電流を流すよう
にした磁場閉込め型の核融合装置において、前記一次コ
イル電流の変化率を測定する変化率測定装置と、この変
化率測定装置による測定値が定められた範囲外のとき異
常運転回避制御を行なう手段とを設けている。

（作用） 核融合装置の異常運転を引き起すプラズマのＭＨＤ不安
定性の成長は、プラズマへの不純物混入あるいは電子密
度の上昇によってプラズマ中の電流分布が急激に痩化し
たときなどに起こる。ところで、プラズマ抵抗Ｒｐは、
プラズマの実効的電荷数をＺｅｌ’ｆ’、電子温度をＴ
ｅとしたとき。

Ｒｐ　”　（Ｚｃｆ’ｆ’　／Ｔ　ｅ”　）で表わされ
る。プラズマの不安定性の原因となる不純物の混入や電
子密度の上昇があった場合、Ｚｅｆｆ’が大きくなり、
またプラズマからの放射損失が増加してプラズマ温度Ｔ
ｅが低下し、その結果としてプラズマ抵抗Ｒｐが上昇す
る。一次コイルに流れる電流の電磁誘導作用でトーラス
・プラズマ中に電流を流すようにした磁場閉込め型の核
融合装置において、プラズマ抵抗Ｒｐの上昇は一次コイ
ル電流の変化率の増大として観測される。本発明はこの
点に着目している。本発明によると、一次コイル電流の
変化率が予め定められた範囲外のとき異常停止回避制御
手段が作動する。したがって、異常停止が起こる前に効
果的な対処がなされることになる。また、プラズマから
の放射損失は、プラズマの電子密度と不純物イオン密度
との積に比例するので。

運転の途中からではなく運転開始時にすでに不純物混入
量が多いときにも電子密度の上昇とともに放射損失がが
増加し、途中でエネルギ・バランスが崩れて異常運転に
至る。この場合、不純物がプラズマに取り込まれるのは
初期プラズマ生成の時期である。したがって、放電初期
の一次コイル電流の変化率からも運転中での異常発生を
予測できることになる。

（実施例） 以下１図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は本発明をトカマク型核融合装置に適用した例の
模式図である。

同図において、１は内部にプラズマ閉込め用のトーラス
空間を形成するトーラス状の容器を示している。この容
器１内にはワーキング・ガスとして、たとえばＤ−Ｔガ
スが導入される。容器１は鉄心２と鎖交しており、この
鉄心２には一次コイル３が巻装されている。そして、一
次コイル３の両端は電源装置４に接続されている。この
電源装置４は、一次コイル３にパルス的な電流を流す。

この電流による電磁誘導作用で容器１内のガスが電離さ
れて初期プラズマが生成され、プラズマ電流Ｉｐが流れ
る。このとき、容器１内には図示しない磁場印加装置に
よって磁場が印加され、この磁場とプラズマ電流の作る
磁場とによってプラズマ５が容器１の中心部に、いわゆ
る閉込められる。

電源装置４はプラズマ電流Ｉｐを一定にすべく。

その出力を制御する。プラズマ５の温度がＤ−Ｔ反応の
起こる臨界温度以上に上昇すると核融合が起こり、この
ときの反応で発生したエネルギが図示しない装置によっ
て外部へ取出されるようになっている。すなわち、ここ
までの構成は従来提案されているトカマク型核融合装置
と変わりはない。

一次コイル３と電源装置４との間には、一次電流の変化
率を測定する変化率ｕＪ定装置６が介挿されている。そ
して、この変化率測定装置６の出力は判定装置７に導入
される。判定装置７は、変化率測定装置６によって得ら
れた変化率ｄ１゜／ｄｔが予め定められているαを越え
た時点で出力信号Ｓを送出するように構成されている。

そして、この出力信号Ｓは異常停止回避制御装置８に与
えられる。

異常停止回避制御装置８は、信号Ｓが与えられると、た
とえば容器１内に高周波を入射してプラズマ５の電流分
布を改善したり、あるいはプラズマ電流を増加させてプ
ラズマ５の温度を上昇させたり、あるいはまた中性粒子
や高周波を注入してプラズマ５の温度を上昇させたりし
てエネルギ・バランスを保ち、プラズマ５を安定化させ
た後、放電を緩慢に停止させるように構成されている。

このような構成であると、ディスラプションが発生して
放電が異常停止する前に、ディスラプションが発生する
ことを予知でき、これによってプラズマの安定化制御お
よび安全に放電を停止させることができる。すなわち、
第２図は、トカマク型核融合装置において、電源装置４
でプラズマ電流１ｐが一定となるように一次コイル３の
電流■ｏを制御しているとき、ディスラプションが発生
したときのプラズマ電流■ｐ、プラズマ抵抗Ｒｐ、一次
コイル電流１０＋ＩＯの変化重重。／ｄｔを示すもので
ある。プラズマ電流１ｐが一定で。

かつプラズマ５と一次コイル３との間の相互インダクタ
ンスをＭｏｐとしたとき、一次コイル電流１、とプラズ
マ抵抗Ｒｐとの間には、　Ｍｏｐ　（ｄｌ、、／ｄｉ）
−Ｒｐｌｐなる関係が成立する。したがって。

ディスラプション発生の前兆としてプラズマ抵抗Ｒｐが
急上昇すると、　ｄ　ｔｏ／　ｄ　ｔも急上昇する。こ
の実施例では、旧Ｓ／ｄｔを変化率測定装置６で測定し
、この測定値が予め定められたしきい値αを越えたとき
判定装置７から出力信号Ｓを送出させて異常停止回避制
御装置８を動作させるようにしている。したがって、デ
ィスラプションが発生する前にプラズマを安定化させる
とともに安全に放電を停止させることができるので、デ
ィスラプションの発生によって起こる装置全体への影響
を回避させることができる。

なお、上述した説明は、運転途中においてプラズマに異
常が生じたときの例であるが、プラズマ生成時にプラズ
マに含まれている不純物量が多いと、放電の途中でディ
スラプションに至るので。

プラズマ生成時には、たとえばしきい値αを代えて運転
を開始させることにより同様な保護を図ることができる
。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、装置の複雑化を招く
ことなく、プラズマの異常時に起こる装置全体への影響
を確実に回避させることができ。

もって安全性の向上と大型炉の出現に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る核融合装置の模式的構
成図、第２図はトカマク型核融合装置においてディスラ
プションが発生したときの各部波形を示す図である。 １・・・容器、２・・・鉄心、３・・・一次コイル、４
・・・電源装置、５・・・プラズマ、６・・・変化率測
定装置。 ７・・・判定装置、８・・・異常停止回避制御装置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一次コイルに流れる電流の電磁誘導作用で初期プラズマ
   の生成あるいはプラズマ中に電流を流すようにした磁場
   閉込め型の核融合装置において、前記一次コイル電流の
   変化率を測定する変化率測定装置と、この変化率測定装
   置による測定値が定められた範囲外のとき異常運転回避
   制御を行なう手段とを具備してなることを特徴とする核
   融合装置。