JPH0220949B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高周波加熱用ダミーロードに係り、特
に核融合装置のプラズマ追加熱として使用される
高周波加熱装置に採用されるダミーロードに関す
る。

〔発明の背景〕

磁場を用いて、約１億度の高温プラズマを閉じ
込めて核融合反応を生じさせ、熱を取り出す型式
の核融合装置においては、燃料ガスは電子とイオ
ンに分かれたプラズマ状態で存在し、プラズマ閉
じ込め用磁場の磁力線の囲りに巻きついて線状の
軌道を抽いて運動している。この運動は、ローレ
ンツ力によるもので、磁力線の囲りに巻きついて
いる場合の磁力線の囲りを１回転する周波数は、
一般に電子サイクロトロン周波数、イオンサイク
ロトン周波数として知られている。

また、核融合反応を生じさせるには、高温、高
密度のプラズマを発生させる必要があるが、現
在、最も高温を得ているトーラス型の核融合装置
においても、核融合反応を効率的に発生させる約
１億度にプラズマを加熱するために、20MW以上
の大入熱による追加熱が不可欠である。この追加
熱方式の代表的なものは、中性粒子入射加熱方式
と高周波加熱方式がある。特に高周波加熱方式
は、加熱効率や加熱システムの全体効率に優れる
等その利点は多い。高周波加熱方式の中でも、プ
ラズマの閉じ込め磁場の強さとイオンの電荷の積
の平方根に比例し、質量の平方根に逆比例するプ
ラズマ中のイオンのイオンサイクロトロン周波
数、もしくはその高周波周波数と外部から印加す
る高周波電磁波の周波数を一致させてイオンを直
接共鳴加熱するイオンサイクロトロン共鳴加熱方
式は、核融合プラズマの実現のために特に有効な
加熱方式である。

この高周波電磁波の周波数は20MHzから200M
Hz程度であり、通常、放送局などで使用される周
波数域にある。この周波数帯の大電力は、通常、
大出力の真空管式増幅器を多段に組合せたシステ
ムで得られる。一方、高周波の大電力は、方向性
結合器や高周波ダミーロードを用いて測定、較正
されることになる。特にダミーロードは、高周波
に対するマツチング特性と大入熱に対する抵抗特
性の変化の少ないことや、除熱特性の優れている
ことが要求される高周波大電力測定用の基本コン
ポーネントである。

第１図に従来の大電力ダミーロードの例を示
す。該図の如く、従来のダミーロードは、その特
性インピーダンスを合せ、かつ、広帯域でインピ
ーダンスが一定となる様外導体１はテーパ管状の
形をしている。そして、内導体２は２重管構造の
絶縁筒３と、この内部を流れる抵抗体となる水酸
化ナトリウム水溶液４で構成され、高周波の大電
力は水酸化ナトリウム水溶液４で発熱に変えられ
て吸収される。このような構成において、抵抗値
を一定に保つために水酸化ナトリウム水溶液４の
温度を一定に保つことは不可欠であり、通常、こ
の水酸化ナトリウム水溶液４は循環ポンプ５に熱
交換器６、出入口温度センサー７等で熱交換して
水酸化ナトリウム水溶液４の温度を一定に保つて
いる他、除熱を行うシステムとなつている。

このように従来の高周波加熱用ダミーロード
は、抵抗体として水酸化ナトリウムの水溶液等の
伝導性を持たせた電解液が使用されて来た。しか
し、この場合は、抵抗体の抵抗値を一定に保つた
めに、電解液の温度や濃度を常に一定に保つこと
が必要である他、除熱のためには別系統の冷却水
と電解液の間で熱交換器を要し、電解液の循環用
ポンプ等も必要であるため、腐食等の問題があり
使用寿命が短く、運転までに多大の時間を要する
と言う欠点がある。また、一般に高周波加熱用ダ
ミーロードは、その特性として無反射終端で伝送
路のインピーダンスと整合していることと、高周
波大電力を消費している間にダミーロードのイン
ピーダンスが変化せず整合条件が満足されている
ことが要求される。更に、伝送路のインピーダン
スは、通常、純抵抗分のみの特性インピーダンス
となる様設計されているので、ダミーロードも高
周波に対して純抵抗となる様設計することにな
る。また、核融合装置のプラズマ加熱用に使用さ
れる様な高周波発振器の高周波大電力を測定する
ためのダミーロードは上記諸点に鑑みて特にその
冷却方式、構造に工夫が施されなければならな
い。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的は、抵抗体の温度変化を抑えて特性が変化す
るのを防ぐことができ、かつ特性インピーダンス
を整合し易い高周波加熱用ダミーロードを提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

伝送路に接続される内導体と、該内導体と同軸
状に配置され内導体端部より軸方向に延長された
テーパ状の延長部を有する外導体と、一端が前記
延長部の先端部に位置し他端が前記内導体に接続
される抵抗体と、該抵抗体を冷却するための冷却
媒体の通路となる冷却路とを備えた高周波加熱用
ダミーロードにおいて、前記抵抗体を導電性セラ
ミツクで構成すると共に、前記抵抗体の一端を前
記延長部の先端部に直接接触させ、かつ前記冷却
路を、中央部分が冷却媒体を給水する給水路を形
成する内筒と、該内筒とスペーサを介して同軸状
に配置されると共に前記抵抗体の内周部に嵌合さ
れ前記内筒との間に冷却媒体を排水する排水路を
形成する外筒とから構成したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明
する。

第２図に本発明の高周波加熱用ダミーロードの
一実施例を示す。

該図の如く、本実施例のダミーロードは、伝送
路に接続される外導体フランジ１１と内導体１
２、該内導体１２と同軸状に配置された外導体１
３、該外導体１３を内導体１２の端部より軸方向
に延長すると共に、該延長部をテーパ状に形成さ
れ、このテーパ状の外導体１３の先端部で終端さ
れ、他端が内導体１２に直接接続され抵抗体１
４、該抵抗体１４を直接冷却するための冷却水を
通す冷却水路１５及び内導体１２と外導体１３と
の間に配置されるスペーサ１６より概略構成され
る。ここで、内導体１２と外導体１３は銅等の導
体で構成され、スペーサ１６は高周波特性、電気
絶縁特性の優れるフツ素樹脂板が使用されてい
る。更に、冷却水路１５は、内筒１５ａと外筒１
５ｂとが同軸状に配置されて構成され、中央部に
配置される内筒１５ａで給水路１７を形成し、こ
の給水路１７を通つて給水され、この内筒１５ａ
の外側に配置され、かつ、抵抗体１４に接した外
筒１５ｂで排水路１８を形成し、この排水路１８
を通つて冷却水が強制循環させられている。尚、
内筒１５ａと外筒１５ｂとの間には穴あきのスペ
ーサ１９が介在され、このスペーサ１９で両者が
一体化されていて、しかも、冷却水路１５は抵抗
体１４のサポートも兼ねている。そして、本実施
例では上記抵抗体１４を炭化ケイ素、あるいはチ
ツ化ケイ素等の導電性セラミツクで構成すると共
に、冷却水路１５を形成する内筒１５ａ、及び外
筒１５ｂをフツソ樹脂やエポキシ樹脂等の成形品
で構成し、外筒１５ｂの外面と導電性セラミツク
との内面はエポキシ樹脂等の接着剤で充分良く接
着されている。尚、導電性セラミツクと内導体１
２は電気的には充分接触が保たれていることは勿
論、導電性セラミツクの長さ方向の抵抗値は伝送
路の特性インピーダンスに合せて設計されてい
る。また、外導体１３の形状は、通常の無反射終
端器の特性を満足する様な形状となつている。

このような構成とすることにより、導電性セラ
ミツクであるため抵抗体１４の温度変化が抑えら
れ、従つて、腐食等の心配もなく、抵抗体１４で
消費された高周波電力は冷却水で除熱され大電力
で特性が変化することなく使用でき、使用寿命が
長くなり、運転まで長時間を要することもなくな
る。また、熱交換器や電解液槽が必要でないた
め、簡単な構成で抵抗体１４を直接冷却できるの
で、冷却効率が向上することは勿論、高周波大電
力を整合条件を満しながら吸収できる効果があ
る。さらに、抵抗体１４を冷却するための冷却水
を流通させる冷却水路１５を、中央部分が冷却水
を給水する給水路を形成する内筒１５ａと、内筒
１５とスペーサ１６を介して同軸状に配置される
と共に抵抗体１４の内周部に嵌合され内筒１５と
の間に冷却水を排水する排水路を形成する外筒１
５ｂとから構成し、抵抗体１４をその内周部側よ
り冷却するようにして、外導体１３のテーパ状延
長部の先端部を抵抗体１４の一端に、冷却水路を
構成する部材や冷却水を介することなく、直接接
触させたので、特性インピーダンスを整合し易い
という効果もある。

尚、ダミーロードの前にインピーダンス変換器
を設けて、ダミーロードの設計インピーダンスを
材料等から定まる適正値となる様にすれば、材料
の選定や寸法上の制約等があるときには特に有効
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、一端が外
導体のテーパ状延長部の先端部に位置し、他端が
内導体に接続される抵抗体を導電性セラミツクで
構成したので、抵抗体の温度変化が抑えられ、特
性が変化することなく使用できる。また、前記抵
抗体をその内周部側より冷却するようにして、外
導体のテーパ状延長部の先端部を抵抗体の一端
に、冷却路の構成部材や冷却媒体を介することな
く、直接接触させたので、特性インピーダンスを
整合し易いという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高周波加熱用ダミーロードを一
部断面して示す構成図、第２図は本発明の高周波
加熱用ダミーロードの一実施例を示す断面図であ
る。 １，１３…外導体、２，１２…内導体、１１…
外導体フランジ、１４…抵抗体、１５…冷却水
路、１５ａ…内筒、１５ｂ…外筒、１６…スペー
サ、１７…給水路、１８…排水路、１９…穴あき
スペーサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 伝送路に接続される内導体と、該内導体と同
   軸状に配置され内導体端部より軸方向に延長され
   たテーパ状の延長部を有する外導体と、一端が前
   記延長部の先端部に位置し他端が前記内導体に接
   続される抵抗体と、該抵抗体を冷却するための冷
   却媒体の通路となる冷却路とを備えた高周波加熱
   用ダミーロードにおいて、前記抵抗体を導電性セ
   ラミツクで構成すると共に、前記抵抗体の一端を
   前記延長部の先端部に直接接触させ、かつ前記冷
   却路を、中央部分が冷却媒体を給水する給水路を
   形成する内筒と、該内筒とスペーサを介して同軸
   状に配置されると共に前記抵抗体の内周部に嵌合
   され前記内筒との間に冷却媒体を排水する排水路
   を形成する外筒とから構成したことを特徴とする
   高周波加熱用ダミーロード。