JPS6371689A - Pellet injector for nuclear fusion device - Google Patents

Pellet injector for nuclear fusion device

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JPS6371689A
JPS6371689A JP61215801A JP21580186A JPS6371689A JP S6371689 A JPS6371689 A JP S6371689A JP 61215801 A JP61215801 A JP 61215801A JP 21580186 A JP21580186 A JP 21580186A JP S6371689 A JPS6371689 A JP S6371689A
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JP
Japan
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pellet
plasma
gas
propellant gas
pellets
Prior art date
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Pending
Application number
JP61215801A
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Japanese (ja)
Inventor
隆司 岡崎
信博 西野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS6371689A publication Critical patent/JPS6371689A/en
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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

Landscapes

  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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ペレット入射装置に係り、特に、
燃料をプラズマ中心に注入するのに好敵なペレット入射
装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a pellet injection device for a nuclear fusion device, and in particular,
This invention relates to a pellet injection device that is suitable for injecting fuel into the center of plasma.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

周知のように、核融合装置では燃料供給法としてガスバ
フ、ペレット入射法等がある0例えば、トカマク型核融
合装置では、プラズマの閉じ込め時間はプラズマ密度に
比例する(τ26Cn、 6 ”、τE :エネルギ閉
じ込め時間、n:プラズマ密度、a:プラズマ副半径)
、また、プラズマ密度はボロイダル断面において、中心
集中型分布をしている。プラズマの燃焼を維持するため
のアルファ加熱はポロイダル断面上のプラズマ中心付近
で起こる。このため、プラズマ周辺から燃焼を供給する
ガスパフ法では、プラズマ周辺に供給された燃料はプラ
ズマ中心に比べて閉じ込め時間が短いために、プラズマ
中心まで十分供給されない。また。
As is well known, fuel supply methods for nuclear fusion devices include gas buffing and pellet injection. For example, in a tokamak type fusion device, the plasma confinement time is proportional to the plasma density (τ26Cn, 6", τE: energy confinement time, n: plasma density, a: plasma minor radius)
Moreover, the plasma density has a centrally concentrated distribution in the boloidal cross section. Alpha heating to maintain plasma combustion occurs near the plasma center on the poloidal cross section. For this reason, in the gas puff method in which combustion is supplied from the periphery of the plasma, the fuel supplied to the periphery of the plasma has a shorter confinement time than the center of the plasma, so that it is not sufficiently supplied to the center of the plasma. Also.

プラズマ周辺ではアルファ加熱が起こる割合がプラズマ
中心に比べて小さいので、プラズマ周辺に供給された燃
料は十分加熱されない。あるいは、供給さ九た燃料のた
めに、プラズマ周辺が冷やされプラズマが縮小してしま
うことが起こる。これに対して、ペレット入射により燃
料をプラズマ中心に供給すると、プラズマ中心は閉じ込
め性能が良く、アルファ加熱も大きいので、供給された
燃料はプラズマ中心に留まって加熱さ九る。このため、
プラズマへの燃料供給は、ガスパフ法に比べてペレット
入射法が優れている。
Since alpha heating occurs at a smaller rate around the plasma than at the plasma center, the fuel supplied around the plasma is not heated sufficiently. Alternatively, the area around the plasma may be cooled due to the supplied fuel, causing the plasma to shrink. On the other hand, when fuel is supplied to the plasma center by pellet injection, the plasma center has good confinement performance and alpha heating is large, so the supplied fuel remains in the plasma center and is heated. For this reason,
The pellet injection method is superior to the gas puff method in supplying fuel to plasma.

従来のペレット入射装置では、ペレットを、推進ガスを
用いて加速していた。この方法は第2図に示すように、
ペレット製造装置1でペレットを作り数十気圧に加圧さ
れた圧力容器2を通り、バルブ3を開いてペレット加速
部4に送り込む、ペレット加速部4で加速されたペレッ
トはペレット−ガイド容器5を通り抜けてプラズマ7へ
注入される。ペレットを加速した推進ガスは、ペレット
加速部4、ペレットガイド容器5を通り抜けてプラズマ
7へ行こうとする。これを防ぐために、ペレットガイド
容器5に真空ポンプ6を設け、推進ガスを引いていた。
In conventional pellet injection devices, pellets are accelerated using a propellant gas. This method is shown in Figure 2.
Pellets are made in a pellet production device 1, passed through a pressure vessel 2 pressurized to several tens of atmospheres, opened a valve 3, and fed into a pellet acceleration section 4. The pellets accelerated in the pellet acceleration section 4 pass through a pellet-guide container 5. It passes through and is injected into the plasma 7. The propellant gas that has accelerated the pellets passes through the pellet accelerator 4 and the pellet guide container 5 and attempts to reach the plasma 7. In order to prevent this, a vacuum pump 6 was provided in the pellet guide container 5 to draw propellant gas.

〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術では、ペレットを加速するガスがペレット
入射口を通ってプラズマ中に混入することについて十分
配慮がされておらず、プラズマ中に混入したガスにより
プラズマ周辺部が冷却されるという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned prior art, sufficient consideration is not given to the fact that the gas that accelerates the pellets mixes into the plasma through the pellet injection port, and the gas mixed into the plasma causes the plasma to There was a problem that the peripheral area was cooled.

本発明の目的は、ペレットを加速する推進ガスがプラズ
マ中に混入することを防ぐ装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an apparatus that prevents a propellant gas that accelerates pellets from being mixed into plasma.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、ペレット製造装置とペレット加速部とから
成るペレット入射装置において、ペレットを加速する推
進ガスがプラズマ中に混入するこ進ガスをプラズマ化す
る電極とプラズムを入れるガス放電容器とプラズマを真
空ポンプ側に誘導する磁場を作るコイルとを、ペレット
加速部と高速シャッタとの間に設けることにより達成さ
れるゆ[作用〕 ペレット製造装置で製造されたペレットはペレット加速
部で加速される。ペレットはガス放電容器及び高速シャ
ッタ一部を通り抜け、プラズマ側へ向かう。ガス放電容
器内には電極が設置されている。ペレットガイド管を通
って来たペレットを加速する推進ガスは電極間にかけら
九た電圧によりプラズマ化する。プラズマ化した推進ガ
スはコイルで作ら九た磁場に沿って真空ポンプ側へ誘導
される。プラズマ化しなかった推進ガスは高速シャッタ
ーで閉じ込められ、プラズマ側へ行くのを妨げられる。
The above purpose is to use a pellet injection device consisting of a pellet manufacturing device and a pellet accelerator, in which a propellant gas that accelerates the pellets is mixed into the plasma, an electrode that converts the propellant gas into plasma, a gas discharge vessel that contains the plasma, and a plasma that is evacuated. This is achieved by providing a coil that creates a magnetic field to be induced toward the pump between the pellet accelerating section and the high-speed shutter. [Operation] Pellets produced by the pellet manufacturing apparatus are accelerated in the pellet accelerating section. The pellet passes through the gas discharge vessel and part of the high-speed shutter and heads toward the plasma. Electrodes are installed within the gas discharge vessel. The propellant gas that accelerates the pellets passing through the pellet guide tube is turned into plasma by the voltage applied between the electrodes. The propellant gas turned into plasma is guided toward the vacuum pump along the magnetic field created by the coil. The propellant gas that has not turned into plasma is confined by a high-speed shutter and is prevented from going to the plasma side.

加速されたペレットの速度及びペレット加速部と高速シ
ャッターまでの距離から、ペレットが高速シャッタ一部
を通過するタイミングを知り、ペレットが高速シャッタ
一部を通過した直後に高速シャッターを閉じる6あるい
は、ペレットが高速シャッタ一部を通過するタイミング
を知る他の方法として、ペレット速度を測定する装置(
例えば、レーザ測定装置)によりペレットの速度を測定
し、ペレットが高速シャッタ一部を通過する時間を予測
する。
From the speed of the accelerated pellet and the distance between the pellet accelerator and the high-speed shutter, the timing at which the pellet passes through the high-speed shutter is known, and the high-speed shutter is closed immediately after the pellet passes through the high-speed shutter. Another way to know when pellets pass through a high-speed shutter section is to use a device that measures pellet velocity (
For example, the velocity of the pellet is measured using a laser measuring device) and the time required for the pellet to pass through a portion of the high-speed shutter is predicted.

推進ガスをプラズマ化することによる排気と高速シャッ
ターを閉じることにより、ペレットを加速する推進ガス
がプラズマ中に混入することを防ぐようになるので、推
進ガスがプラズマ周辺部を冷却することがなくなる。
By exhausting the propellant gas by turning it into plasma and closing the high-speed shutter, the propellant gas that accelerates the pellets is prevented from being mixed into the plasma, so the propellant gas does not cool the surrounding area of the plasma.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。図に
おいて、8はペレット製造及びペレット加速部、9は高
速シャッター、10はペレットガイド管、6は真空ポン
プへの接続部、7はペレットのプラズマへの入射口、1
1は推進ガスの排気口、14はコイル、15は電極、1
6はガス放電容器である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the figure, 8 is a pellet production and pellet acceleration section, 9 is a high-speed shutter, 10 is a pellet guide tube, 6 is a connection to a vacuum pump, 7 is an entrance port for pellets into plasma, 1
1 is a propellant gas exhaust port, 14 is a coil, 15 is an electrode, 1
6 is a gas discharge vessel.

ペレットの製造は、例えば、液体水素を円筒状の容器に
入れ、これを冷やし固化し、これを切ることにより円筒
状のペレットを作る。製造されたペレットはペレット加
速部で加速される。加速法には、例えば、ガスガン方法
がある。この方法ではペレットを数十気圧のガスで加速
する。こうして加速されたペレットは、ペレットガイド
管を通り、プラズマ側7に向かう、同時にペレットを加
速した推進ガスもペレットガイド管を通りプラズマ霜へ
向かう。
To produce pellets, for example, liquid hydrogen is placed in a cylindrical container, cooled and solidified, and then cut into cylindrical pellets. The produced pellets are accelerated in a pellet acceleration section. The acceleration method includes, for example, a gas gun method. In this method, pellets are accelerated with gas at tens of atmospheres. The pellets thus accelerated pass through the pellet guide tube and head toward the plasma side 7. At the same time, the propellant gas that accelerated the pellets also passes through the pellet guide tube and head toward the plasma frost.

高速シャッタで推進ガスがプラズマ中に混入するのを妨
げるが、その前に次に示す方法で高速シャッターへ行く
推進ガス量を減らす。
The high-speed shutter prevents propellant gas from entering the plasma, but before doing so, reduce the amount of propellant gas going to the high-speed shutter using the method described below.

ガス放電容器内に電極を設置し、電圧をかけておく。ペ
レットガイド管を通って来た推進ガスはガス放電容器内
で膨張する。推進ガスが電圧によってプラズマ化する圧
力は、例えば、電圧IKVに対して0.1気圧以下であ
ればよい。
Place the electrode inside the gas discharge vessel and apply voltage. The propellant gas passing through the pellet guide tube expands within the gas discharge vessel. The pressure at which the propellant gas becomes plasma due to the voltage may be, for example, 0.1 atmosphere or less with respect to the voltage IKV.

ペレットガイド管径が10″″δmで、ペレット加速部
とガス放電容器間の距離を10””mとする場合、ガス
放電容器の体積を10’″8mJに選べば、ガス放電容
器内の圧力は10−2気圧程度になり、推進ガスは十分
プラズマ化しつる。
When the diameter of the pellet guide tube is 10''δm and the distance between the pellet accelerator and the gas discharge vessel is 10''m, if the volume of the gas discharge vessel is selected to be 10''8 mJ, the pressure inside the gas discharge vessel The pressure becomes about 10-2 atmospheres, and the propellant gas is sufficiently turned into plasma.

プラズマ化した推進ガスは、コイルで作られた磁場、例
えば、カプス磁場により真空ポンプ側へ誘導する。
The propellant gas turned into plasma is guided toward the vacuum pump by a magnetic field created by a coil, for example, a caps magnetic field.

次に、プラズマ化しなかった推進ガスがプラズマ側へ行
くのを妨げる方法として高速シャッターを用いる場合に
ついて述べる。高速シャッターの開閉に要する時間の評
価を、推進ガスをプラズマ化する機構がない、高速シャ
ッターの設計にとってシビア側の検討により行う。
Next, a case will be described in which a high-speed shutter is used as a method of preventing the propellant gas that has not turned into plasma from going to the plasma side. The time required to open and close the high-speed shutter will be evaluated by considering the severe side of designing a high-speed shutter, which does not have a mechanism to turn propellant gas into plasma.

まず、高速シャッターの開業に要する時間を評価するた
めに、ペレット及び上記推進ガス中の粒子数を計算する
。例えば、長さ10−”m、半径10″″8mの円筒状
の水素ペレットの体積は3.14X 10”’m−”で
ある、固体水素の密度は0.0763g/ccであるか
ら水素ペレットに含まれる粒子数は7.19 X I 
Ql”個である。
First, in order to evaluate the time required to open the high-speed shutter, the number of particles in the pellets and the propellant gas is calculated. For example, the volume of a cylindrical hydrogen pellet with a length of 10"m and a radius of 10""8m is 3.14X 10"'m-".The density of solid hydrogen is 0.0763g/cc, so the hydrogen pellet The number of particles contained in is 7.19 X I
Ql'' pieces.

次に、推進ガス中の粒子数を計算する。ペレットガイド
管のコンダクタンスのために、ペレット加速部の圧力は
高速シャッタ一部で下がる。高速Co:音速、rニア1
5(水素)、Pa:ペレット加速部の圧力1M:ペレッ
ト質量、A:ペレットガイド管の断面積、12時間であ
る。Po=30気圧、ペレットガイド管径10−’mガ
スの種類が水素の場合の計算例を第3図に示す。この場
合、2ms以後では圧力はp(t)≦2気圧、推進ガス
の速度はU(1)≧2 )cm / sになる。従って
、ペレット加速部と高速シャッター間を約4mと選べば
、高速シャッタ一部付近での推進ガスは圧力約2気圧、
速度2h/9である。
Next, calculate the number of particles in the propellant gas. Due to the conductance of the pellet guide tube, the pressure in the pellet acceleration section decreases at the high speed shutter part. High speed Co: speed of sound, r near 1
5 (hydrogen), Pa: pressure of pellet acceleration section 1M: pellet mass, A: cross-sectional area of pellet guide tube, 12 hours. FIG. 3 shows a calculation example in the case where Po=30 atm and the pellet guide pipe diameter is 10-'m and the type of gas is hydrogen. In this case, after 2 ms, the pressure becomes p(t)≦2 atm, and the velocity of the propellant gas becomes U(1)≧2) cm/s. Therefore, if the distance between the pellet accelerator and the high-speed shutter is chosen to be about 4 m, the pressure of the propellant gas near the high-speed shutter part is about 2 atm.
The speed is 2h/9.

高速シャッターが全開の状態から完全に閉じるまでの時
間をΔτとすると、上記の条件下では、推進ガス中に含
まれている粒子数Nは、N = 3 、36 X 10
”Δt  (個)(3)となる。従って、ペレット中に
含まれる粒子数より推進ガス中に含まれている粒子数を
無視できる程小さくするためには、 3.36 X 10”Δc C!          (4) 7.19 X I O” より、Δτ<0.0214 (s )となる。従って、
例えば、Δτ=10−’(s)程度を選ぶ必要がある。
If the time taken for the high-speed shutter to fully close from the fully open state is Δτ, under the above conditions, the number of particles N contained in the propellant gas is N = 3, 36 x 10
"Δt (pieces) (3). Therefore, in order to make the number of particles contained in the propellant gas negligibly smaller than the number of particles contained in the pellet, 3.36 x 10" Δc C! (4) From 7.19 X I O”, Δτ<0.0214 (s). Therefore,
For example, it is necessary to select approximately Δτ=10−′(s).

上記条件を満足する高速シャッターには、例えば、レン
ズシャッター、あるいは、焦面開閉シャッターを用いる
As a high-speed shutter that satisfies the above conditions, for example, a lens shutter or a focal point opening/closing shutter is used.

次に、他の実施例を第4図に示す、第3図に示す実施例
では高速シャッターのタイミングをあらかじめ、ガス圧
力等から決めていた。本実施例では、ペレット速度を測
定する装置12により、高速シャッターを開閉するタイ
ミングをとる。ペレット速度測定装置として、例えば、
レーザ光のペレットによる散乱を測定する装置を用いる
Next, another embodiment is shown in FIG. 4. In the embodiment shown in FIG. 3, the timing of the high-speed shutter was determined in advance from the gas pressure and the like. In this embodiment, the timing for opening and closing the high-speed shutter is determined by a device 12 that measures pellet speed. As a pellet velocity measuring device, for example,
A device is used to measure the scattering of laser light by pellets.

本実施例によれば、ペレットを加速する推進ガスがプラ
ズマ中に混入することを防ぐことができる。
According to this embodiment, it is possible to prevent the propellant gas that accelerates the pellets from being mixed into the plasma.

て発明の効果〕 本発明によれば、推進ガスがプラズマ中に混入すること
を防ぐことができる1例えば、高速シャッターの開閉時
間をl 0−8secに選ぶことにより、推進ガス中に
含まれる粒子数を、ペレットに含まれる粒子数の5%以
内に抑えることができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to prevent the propellant gas from being mixed into the plasma.1 For example, by selecting the opening/closing time of the high-speed shutter to be l0-8 sec, particles contained in the propellant gas can be prevented. The number can be suppressed to within 5% of the number of particles contained in the pellet.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ペレット製造装置とペレット加速部とから成るペレ
ット入射装置において、 前記ペレットを加速する推進ガスがプラズマに混入する
ことを防ぐ高速シャッターを前記ペレット加速部と前記
ペレットの前記プラズマの注入口との間に設け、また、
前記推進ガスをプラズマ化する電極と前記プラズマを入
れるガス放電容器と前記プラズマを真空ポンプ側に誘導
する磁場を作るコイルとを、前記ペレット加速部と前記
高速シャッターとの間に設けたことを特徴とする核融合
装置のペレット入射装置。
[Claims] 1. In a pellet injection device comprising a pellet production device and a pellet accelerating section, a high-speed shutter is provided between the pellet accelerating section and the pellet accelerating section to prevent a propellant gas that accelerates the pellets from being mixed into plasma. Provided between the plasma injection port, and
An electrode for turning the propelling gas into plasma, a gas discharge vessel for containing the plasma, and a coil for creating a magnetic field for guiding the plasma toward the vacuum pump are provided between the pellet accelerator and the high-speed shutter. Pellet injection device for a nuclear fusion device.
JP61215801A 1986-09-16 1986-09-16 Pellet injector for nuclear fusion device Pending JPS6371689A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0363898U (en) * 1989-10-26 1991-06-21

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0363898U (en) * 1989-10-26 1991-06-21

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