JPH03293587A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁場発生用のコイル手段を備えた核融合装置
に係わり、特に、核融合装置で発生したプラズマを安定
に保持するポロイダル磁場コイルのフープ力を支持し、
コイルが開口しないようにした核融合装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、核融合装置の性能向上に伴ない、装置の要求する
磁場の強さおよび磁気エネルギーが年々増加してきてい
る。

第５図に核融合装置、特にトカマク型核融合装置を示し
、この強力な磁場を発生するコイルについて説明するに
の装置は、主要成要素として、内部にプラズマを生じさ
せるための真空容器３゜プラズマの位置にトロイダル磁
場を発生させるトロイダル磁場コイル２．プラズマの生
成、加熱および制御等の役割を果たすポロイダル磁場コ
イル１を有している。

ポロイダル磁場コイル１およびトロイダル磁場コイル２
の２種のコイルには、強力な磁場（数万ガウス）を発生
させるため大電流（数十万アンペア）を流す必要があり
、これにより発生する電磁力は真人なものとなる。この
電磁力によりポロイダル磁場コイル（以下、単にコイル
という）１にはフープ力（引張力）が作用し１円環上に
巻回されたコイルが次第にほぐれてゆくという現象を生
じる。これを防止するための有効な方法として。

複数ターンから成るコイルの場合は、コイル導体に凹凸
部を設け、お互いをかみ合せてフープ力を支持する方法
がある。第６図および第７図にその例を示す、第６図に
おいて、コイル１の給電部４ａ、徘電部４ｂの両側のリ
ング部分には凸部５ａ、凹部５ｂが設けられ、これを互
いに係合させることによりフープ力を支持する。凸部５
ａと凹部５ｂの係合部では、第７図に示すように絶縁キ
ー６を介在させ、両者間の絶縁を行っている。

以上のように、２タ一ン以上巻回されたコイルについて
は、リング間のスペースを有効に利用してフープ力を支
持する方法が確立されている。しかしながら、核融合装
置のコイルは、プラズマの位置と形状の制御のために、
狭い空間に１タ一ン巻回したコイルを配設することがあ
る。このとき、１ターンコイルであるため、前述のよう
に隣接コイル間の空間を利用してフープ力を支持する方
法を採ることができない。

そこで１ターンコイルをフープ力を支持する例を第８図
〜第１３図により説明する。

第８図に示す例は、コイルリング部１ａを１ターン形成
後、給電部４ａと排電部４ｂを横方向に対向させ引出し
た例であり、給排置部４ａ、４ｂに強固なサポート７を
設け、フープ力ｆにより給排置部４ａ、４ｂが開口しよ
うとするカＦＨに対抗して支持しようとするものである
。

ここで、給電部４ａと排電部４ｂにはフープ力による力
Ｆ１４の他に、トロイダル磁場ＢＴとコイル電流■が直
交するために作用する力ＦＢＴが第９図に示す方向に働
く。力ＦＨは同一軸上に働くが力ＦＢＴは同一軸上でな
く、給徘置部４ａ、４ｂはサポート７で固定してもねじ
りモーメントＭが発生する。このモーメントＭは、ＢＴ
＝１０　テスラ、Ｉ　＝１２０ＫＡ、Ｌ＝０．１ｍ　　
とすると、１２５−・閣となり、サポート７が巨大なも
のとなると共に、給排置部の絶縁層に加わる歪が大きく
絶縁破壊の恐れがある。

第１０図に示すのが、コイルリング部１ａを１ターン形
成後、給電部４ａと排電部４ｂを縦方向に対向させ引出
した例である。給排置部４ｂ。

４ｂの力の関係を第１１図に示すが、この例では、力Ｆ
）ｌが同一軸上でなく、やはり給排置部４ａ。

４ｂにはねじりモーメントＭが作用する。

このように、給排置部４ａ、４ｂにおいて直交する力Ｆ
ＨとＦＢＴをどちらも同一軸上で受ける給排置部４ａ、
４ｂの配列は困難である。したがって、一般的には給排
置部４ａ、４ｂには同一軸上に力Ｆ）ｌのみが作用する
ようにフープ力に抗してコイルｌをリング部１ａで同定
し、給排置部４ａ。

４ｂはトロイダル磁場ＢＴと平行に縦方向に対向させる
方法を取ることが考えられる。このｌターンコイルのフ
ープ力支持方法の１例を第１２図に示す。

第１２図において、コイルリング部１ａは、１ターンコ
イルを形成し、更にフープ力に抗してリング部１ａで固
定できるようにするため、給電部４ａ、排電部４ｂより
周方向にダミ一部分８を設け、コイルリング部１ａおよ
びダミ一部８に設けた凸部５ａ、凹部５ｂを係合させる
ことによりフープ力を支持する方法である。この方法に
より、従来の複数ターンのコイルと同様にフープ力に対
応できるので、給電部４ａおよび排電部４ｂにフープ力
により作用する力ＦＨは発生しない。

しかしながら、この方法では、給徘置部４ａ。

４ｂをトロイダル磁場８丁と平行に縦方向に対向させる
ために段落し部９を設け、徘電部４ｂを給電部４ａに乗
り上げるように重ね合せる構造が必要となる。この段落
し部９に流れる電流は、第１３図に示すようにＩｘとＩ
ｙの成分を持ち、エアは不正磁場を発生させるためにプ
ラズマの形状、位置制御上好ましくない。また、フープ
力をコイルリング部１ａで支持するために設けたダミ一
部８は、コイルリング部１ａの上下に設けられるために
、１ターンコイルで有りながら実質３ターンコイルと同
等の空間を占有し、狭い空間に配置するには適さない等
の問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来技術は、２タ一ン以上巻回されたコ
イルを対象とし、リング相互間スペースを利用してコイ
ルに作用するフープ応力を支持するものであり、１ター
ンコイルに対してフープ応力を支持する点については配
慮がされておらず、従来例を応用して１ターンコイルの
フープ力を支持した場合には、占有空間の問題および不
正磁場の問題等があった。

一方、近年、核融合装置の性能向上のために装置に要求
される磁場の強さ等が増大しており、コイルの空間占有
率の高い核融合装置が望まれている。そのために非常の
狭い空間に１ターンでも多くのコイルを配設する必要性
が出てくる。

本発明の目的は、１ターンコイルのフープ力を支持し、
コイルの健全性を保つと共に、コイルの空間占有率を高
めかつ不正磁場発生の伴わない核融合装置を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、上記目的のために、１ターンコイルと
別に例えば鋼材からなる板状の補助部材を設け、この補
助部材を１ターンコイルの給電部と排雪部に隣接した部
分に係合手段を介して接続し、１ターンコイルの導体中
に作用するフープ力を補助部材に伝達する核融合装置が
提供される。

１ターンコイルの給電部と排雪部の対面する部分にはそ
れぞれ相補形状の切欠きを設け、その切欠きを介して給
電部と排雪部を相互に縦方向に重合わせることが好まし
い。

〔作用〕

このように構成した本発明の作用を第２図を参照して説
明すると、１ターンコイル１１の給電部１２ａと排雪部
１２ｂに隣接した部分に係合手段１３ａ、１３ｂを介し
て板状の補助部材１４を接続することにより、フープ力
Ｆ）ｌは、コイルリング部１１ａより補助部材１４に伝
達され、給排置部１２ａ、１２ｂには、トロイダル磁場
ＢＴとコイル電流■による力ＦＢＴのみが作用する。こ
こで力ＦＢＴは給排置部１２ａ、１２ｂの同一軸上に作
用するために給排置部１２ａ、１２ｂに対してねじりモ
ーメントが発生することはなく、絶縁破壊に至らしめる
ことはない。

また、フープ力Ｆ）ｌは、コイルリング部１１ａより補
助部材１４に伝達されるために、給排置部１２ａ、１２
ｂにはフープ力は作用しない。一般に、コイルの断面積
Ａはフープ力により破壊しない断面積Ａｓと電流密度に
よる断面積ＡＩにより決定されるが、核融合装置のよう
な強磁場を発生させる装置においては、Ａ　Ｈ＞　Ａ　
ｒの関係にあるため°に、フープ力の作用しない給排置
部１２ａ。

１２ｂにおいてはコイル断面積Ａｒ　を確保すればよい
ので、導体を小さくすることができる。したがって、こ
の部分に切欠き１６を設けることができ、給排置部１２
ａ、１２ｂを縦方向に重合わせても段落しを設ける必要
がなく、不正磁場が発生しない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。

第１図において、符号１１はポロイダル磁場コイルに使
用される本実施例の１ターンコイルであり、このコイル
１１は、コイルリング部１１ａと給電部１２ａ、排電部
１２ｂとを有し、給排置部１２ａ、１２ｂの両側のコイ
ルリング部１１ａには、例えばコイルリング部１１ａに
機械加工を施すことにより突起部１３ｂが設けられてい
る。また、コイル１１とは別に、扇形をした板状の補助
部分１４があり、この補助部材１４にも、コイルリング
部１１ａに設けた突起部１３ｂと対向する位置に突起部
１３ａが設けられている。この補助部材１４は通常はス
テンレス鋼、ハイマンガン鋼等の鋼板から作るが、高強
度絶縁物（セラミック等）を使用して製作しても良い、
この補助部材１４をコイルリング部１１ａに設けた突起
部１３ｂに絶縁キー１５を介して係合させ、給排置部１
２ａ。

１２ｂを固定する。

第２図は、給徘置部１２ａ、１２ｂの固定部分の拡大図
を示すもので、フープ力ＦＨはコイルリング部１１ａよ
り絶縁キー１５を介して補助部材１４に伝達され、給排
置部１２ａ、１２ｂに１本作用しないことが分かる。こ
こで絶縁キー１５１ｉ。

コイルリング部１１ａに巡検電流が流れるのを防ぐため
のものであり、給排置部１２ａ、１２ｂの両側の係合部
に配置しているが、片方だ番ナレこ配置しても良い。ま
た、補助部材１４に高強度絶縁物を使用した場合には、
絶縁キー１５を設ける必、要はない。

また、第２図から分かるように、給排置部１２ａ。

１２ｂの対面する部分には、それぞれ切欠き１６を設け
、この切欠き１６を介して給排置部１２ａ。

１２ｂを縦方向に対向して重ね合せて塾）る。これによ
り給排置部１２ａ、１２ｂを重ね合せたときの高さを押
えると共に、給電部１２ａに排電部１２ｂが乗り上げる
ときの段落し部をなくし、不正磁場を極小に押さえた給
排置部１２ａ、１２ｂの構造としている。

以上のように、本実施例によればフープ力を補助部材１
４に伝達するので、給排置部１２ａ。

１２ｂにフープ力が作用することはなく、給Ｉｌ￥電部
１２ａ、１２ｂに作用する力はトロイダル磁場Ｂｙとコ
イル電加工による力ＦＢ丁だけとなる。ここで給排置部
１２ａ、１２ｂは、縦方向に対向して重ね合わせである
ので、力ＦＢＴは同一軸線上に作用し、給排置部１２ａ
、１２ｂにねじりモーメントが発生することはなく、強
いては、絶縁歪の増加による絶縁破壊に至らしめること
はなく、信頼性の高いコイルの給排置部１２ａ、１２ｂ
を提供できる。

また、切欠き１６を設けて給排置部１２ａ。

１２ｂを上下に重ね合わせているので、段落し部がなく
なり、不正磁場を極小にすると共に、給排置部１２ａ、
１２ｂの占有空間を小さくすることができるので、非常
に狭い空間でも配置することが可能になり、装置全体に
対するコイルの空間占積率が増し、強いては、プラズマ
の圧縮特性や位置制御等に優れた核融合装置を提供する
ことができる。

なお１本実施例ではコイルリング部１１ａの上方に補助
部材１４を配設したが、空間制約によりコイルリング部
１１ａの下方に補助部材１４を設けてもよい。また、第
３図に示すように、補助部材１４をコイルリング部１１
ａの上下両側に配設しても良く、この場合にはフープ力
ＦＨの力線がコイルリング部１１ａの中心からずれない
ので、補助部材１４に、両側の突起部１３ｂに引張力が
加わり反ろうとする力（曲げ応力）が作用せず。

より信頼性の高い１ターンコイルのフープ力支持手段が
提供される。

さらに、上述の実施例ではコイルリング部１１ａの上か
つ／または下側面に補助部材１４を配設したが、第４図
に示すように、コイルリング部１１ａの内周部に突起部
２２ａ、２２ｂを設け、補助部材２３を径方向に係合し
ても同様の効果が得られるし、この場合も、第３の実施
例と同様に、補助部材２３を内外径両側に配設しても良
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、補助部材にフープ力が伝達されるため
、コイルの給電部および排電部にはフープ力が作用せず
、この部分にはトロイダル磁場コイルＢ丁とコイル電流
■による力ＦＢＴのみが作用する。この力ＦＢＴは同一
軸上に発生するために、給排置部にねじりモーメントが
働くことはなく、給徘型部の絶縁破壊を防止する効果が
ある。

また、上記理由により給排置部にフープ力が作用しない
ので、コイル導体を小さくすることができ、段落しを設
けないで給電部、排電部を縦方向に対向し重ねることが
可能である。したがって、不正磁場が小さくなり、健全
な１ターンコイルを提供できると共に、装置全体のコン
パクト化が図れ、かつコイルの空間占積率が増し、プラ
ズマの圧縮特性や位置制御等に優れた核融合装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による核融合装置の１ターン
コイルの斜視図であり、第２図は第１図のＲ方向から見
た展開側面図であり、第３図および第４図はそれぞれ第
１図の実施例の２つの変形例を示す図であり、第５図は
各融合装置の概略図であり、第６図は従来の各融合装置
の複数ターンのコイルの斜視図であり、第７図はそのコ
イルの係合部の拡大断面図であり、第８図は従来の１タ
ーンコイルの平面図であり、第９図は第８図のＰ方向か
ら見た展開側面図であり、第１０図は従来の他の１ター
ンコイルの平面図であり、第１１図は第１０図のＱ方向
から見た展開側面図であり、第１２図は従来のさらに他
の１ターンコイルの斜視図であり、第１３図は第１２図
のＳ方向から見た展開側面図である。 １１・・・１ターンコイル、ｌｌａ・・・コイルリング
部、１２　ａ−給電部、１２ｂ−・・排電部、１３ａ、
１３ｂ・・・突起部（係合手段）、１４・・・補助部材
、１６・・・奉 拳 コ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円環状に巻回された少なくとも１つの１ターンコイ
   ルを含む磁場発生用のコイル手段を備えた核融合装置に
   おいて、前記１ターンコイルと別に板状の補助部材を設
   け、この補助部材を１ターンコイルの給電部と排電部に
   隣接した部分に係合手段を介して接続し、１ターンコイ
   ルの導体中に作用するフープ力を補助部材に伝達するこ
   とを特徴とする核融合装置。 ２、請求項１記載の核融合装置において、前記１ターン
   コイルの給電部と排電部の対面する部分にそれぞれ相補
   形状に切欠きを設け、その切欠きを介して前記給電部と
   排電部を相互に縦方向に重合わせたことを特徴とする核
   融合装置。