JPH0381692A - 磁場封じ込め型核融合装置の燃料供給装置 - 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、磁場閉じ込め型核融合装置の燃料供給装置に
係わり、さらに詳しくはプラズマの形状を決めるリミッ
タから燃料ガスを供給する型式の燃料供給装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 磁場閉じ込め型核融合装置は、周知のように、超高真空
に排気された真空容器内に燃料を供給し電場あるいは磁
場をかけてプラズマを発生させるようになっている。発
生したプラズマの温度、密度等は燃料の供給方法や供給
量に大きく左右されることも知られている。また発生し
たプラズマを長時間安定して保持するには、プラズマ点
火中の燃料の補給や不純物の排気が必要となる。

このように、磁場閉じ込め型核融合装置においては、燃
料の供給は重要なことであり従来大別して２つの燃料供
給方法が知られている。１つの方法は燃料ガスを低温に
冷却固化してペレットにし高速でプラズマ中に入射する
方法である。この方法は高温のプラズマ中心に直接燃料
を補給できるという利点があるが、しかしながら、プラ
ズマが存在しない場合にはこの方法は利用できないし、
また燃料はベレットとして供給されるので連続的な燃料
供給ができない等の問題があるので、この燃料供給方法
は単独では利用できず、つぎに述べる第２番目の燃料供
給方法と併用されている。

第２番目の方法は、ガスパフ法と呼ばれ、真空容器内に
設けられた燃料放出用の開口部からガス状のまま燃料を
供給するもので、その原理的な例が第５図に示されてい
る。即ち、ドーナツ状の真空容器１の上方には燃料ガス
を供給するためのガス供給口５が、そして側方にはプラ
ズマの形状を決めるリミッタ４が設けられている。燃料
供給口５から燃料ガスを真空容器１内に供給し、プラズ
マを発生させると、リミッタ４に接する磁力線の内側に
プラズマ２が閉じこめられる。そして、このプラズマの
外側にスフレイブオフ層３が形成される。

スフレイブオフ層３は、プラズマの内部から拡散によっ
て洩れ出てきた燃料粒子や不純物粒子が低温のプラズマ
状態で層状になったものである。

一般にプラズマ２の中心部は高温のため殆んど全ての粒
子は完全電離状態となっているが、スフレイブオフ層３
の周辺部では低温のため様々なイオン化状態の粒子が存
在し、また粒子のイオン化や再結合が繰り返される。い
わゆるリサイクリングの現象が盛んにおこっており、プ
ラズマからのエネルギの損失の原因となっている。

第５図に示す燃料供給装置において、プラズマ２あるい
はスフレイブオフ層３が存在する状態で、燃料ガス供給
口５から燃料ガスを注入すると、燃料ガス粒子は、高温
のプラズマ中心に達する前に、低温のスフレイブオフ層
３やプラズマ表面近傍で電離されてまう、従って、上記
従来の方法では、プラズマ中心の密度を高めるためには
、大量の燃料を注入しなければならず、大量の燃料を注
入すると、スフレイブオフ層３近傍で起こる燃料粒子の
電離によってプラズマ周辺部からのエネルギの損失も多
くなり、プラズマ周辺部の温度が下ってプラズマ全体が
消滅してしまうという問題がある。

上記のような従来のガスバフ方法の欠点あるいは問題点
の解決策が、例えばジャーナルオブニュークリアマテリ
アルズ第１２１巻（１９８４）の第２８５頁から第２９
３ページ（“Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＮｕｃｌｅａｒ　Ｍ
ａｔｅｒｉａｌｇ”１２１（１９８４）ＰＰ２８５−２
３９）に開示されている。この改良されたガスパフ法の
装置の要部を第６図に図示する０図のように、リミッタ
４は、その先端部がプラズマ２とは逆方向に曲率をもっ
ており、その最先端に燃料ガス供給口５が設けられてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 第６図に示されている前記従来装置は、燃料ガス供給口
５が最もプラズマに近い位置にあるため、第５図に示さ
れている従来一般のガスパフ法燃料供給装置に比較する
と、プラズマ中心に到達する燃料粒子数が多くなるとい
う効果は期待できるが、しかしながら、以下に述べる２
つの問題点がある。

第１の問題点は、上記のリミッタ４の先端部がプラズマ
２と逆方向に曲率をもっているので、プラズマ２のみな
らずスフレ、イブオフ層３もリミッタ４の先端部に接触
することである。このことは、燃料ガス供給口５の極く
近傍までプラズマから吐き出された低温の不純物粒子が
存在することを意味しており、燃料粒子がプラズマ中心
へ浸透するのを妨げる。

第２の問題点は、図示されているようにプラズマ２とリ
ミッタ４の接触点が、燃料ガス供給口５と一致している
ことである。一般にプラズマの温度は上記の接触点で最
も低く、この接触点で粒子の電離と再結合の繰返しであ
るリサイクリング現象が最も活発に起っていることが実
験的にも確められている。一方、前記の接触点ではリミ
ッタ４の温度が一番高くなり、リミッタ材の蒸発、リミ
ッタ中に拡散、吸着されていた粒子の放出が最も盛んで
ある。このように、第６図の装置では、プラズマ温度が
低く、不純物粒子の放出が盛んな場所から燃料粒子を注
入することになるので、リサイクリングの活発化、不純
物粒子との荷電交換等を通してプラズマ周辺部が冷却さ
れる可能性が高い。

したがって、本発明は、磁場閉じ込め型核融合装置にお
いて燃料粒子をプラズマ中心まで浸透或は注入でき、且
つ燃料を供給してもプラズマの周辺部の温度の低下が少
ないガスパフ法の燃料供給装置を提供することを目的と
している。また、更には、保守・点検の容易な燃料供給
装置、更には不純物粒子の排気効゛率も高い燃料供給装
置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段〕 前記目的を達成するために、本発明の磁場閉じ込め型核
融合装置の燃料ガス供給装置は特許請求の範囲の請求項
に記載の特徴を有する。

［作　　　用］ 本発明によると、リミッタはプラズマとの間に閉じた空
間を形成し、この空間はプラズマ及び真空容器内空間と
は区別された空間を形成しており、この空間はプラズマ
の大部分の表面とは隔離されているので、該閉じた空間
内に形成されるスクレィプオフ層は他の領域におけるス
クレイプオフ層に比較して常に薄くなる。また燃料ガス
を供給するための開口部が該閉じた空間に臨んでいるの
で、プラズマとリミッタとの接触部から該燃料ガス供給
用の開口部を離すことができる。したがって、本発明に
よると、該燃料ガス供給開口から放出された燃料ガスは
、低温のプラズマとリミッタとの接触部と避け、薄いス
クレイプオフ層のみを通してプラズマ内に到達すること
ができ、且つプラズマの周辺部を冷却することが少ない
。

Ｃ実　施　例コ 本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明する。

第１図は本実施例の磁場閉じ込め型核融合装置のうちリ
ミッタ及びその周辺のみを示した図で、２はプラズマ、
３はスクレプオフ層、４はリミッタ、５は燃料ガス供給
口、６はプラズマ２とリミッタ４とにより形成される閉
じた空間、７はプラズマ２とリミッタ４との接触部、３
′はスクレイプオフ層３のうち前記閉じた空間６内に形
成されたものである。第２図は第１図に示すリミッタ４
のみを示す斜視図である。

本実施例においてリミッタ４の先端部は図示の如くラッ
パ形に拡がっており、その最先端部は、ラッパ形の縁の
至る所でプラズマと接触する接触部７を威すように、そ
の形が加工されている。このような形状のリミッタ４を
プラズマ中に挿入すると、第１図に示す如くプラズマ２
とリミッタ４との間にプラズマ２及び真空容器内空間と
は区別される閉じた空間６が形成される。プラズマ２の
外側に形成されるスクレイプオフ層３は、プラズマ中か
ら拡散によってプラズマ表面を横切って外へ出てきた粒
子から成る。したがってスクレイプオフ層３の厚さは、
それとつながるプラズマ表面積の大小によって決まり、
プラズマ表面積が小さい程薄い。前記閉じた空間６内で
は、それと対向するプラズマ表面積が全プラズマ表面積
に比べて非常に小さいので、該空間６内のスクレイプオ
フ層３′の厚さは他の部分のスクレイプオフ層３に比べ
て薄くなる。

また本実施例における燃料ガス供給口５は、プラズマ２
とリミッタ４との接触部７から最も離れて閉じた空間６
内に向けてリミッタ４に設けられている。このため、該
燃料ガス供給口５は、プラズマ温度が低くて不純物放出
量の多い前記接触部７からは離れている構造となってい
る。

以上のように構成された本実施例によれば、燃料ガス供
給口５から放出された燃料粒子は薄いスクレイプオフ、
１５１３’　のみを通ってプラズマ表面に到達できるた
め、従来技術に比べて燃料粒子のプラズマ中への到達率
が高い。

第３図は本発明の他の実施例である磁場閉じ込め型核融
合装置のリミッタ近傍の斜視図である。

この図において１は真空容器であり、リミッタ４及び燃
料ガス供給口５はそれぞれ別々に前記真空容器１に設け
られている。燃料ガス供給口５はリミツタ４内部の空間
６の底部に開口している。リミッタ４は略箱形であるが
、その先端はプラズマとの接触部７を成すように形状加
工されている。

本実施例においてもプラズマとリミッタ４との接触部７
によって閉じた空Ｍ６が形成されるから前記第１の実施
例と同様の効果を得ることができる。

さらに本実施例では、これに加えて、リミッタ４と燃料
ガス供給口５が別々になっているので、リミッタ４の交
換や保守が簡単になるという効果がある。

本発明の更に他の実施例である磁場閉じ込め型核融合装
置のポロイダル断面図を第４図に示す。

この図において、他の図と同等の部品は同じ番号を付し
て示す、８は排気ポンプ、９は燃料粒子の入射の方向を
示す矢印、１０は不純物粒子の流れの方向を示す矢印で
ある。本実施例は、リミッタ４及び燃料供給口５の構造
は、第１図、第２図に示されている実施例のものと同じ
であるが、リミッタ４を冷却装置１１を内蔵している箱
体１２に取り付け、この箱体内に排気ポンプ８を設けて
いる点で相違している０箱体１２は、真空容器１に連結
された壁１３に取り付けられている。排気ポンプ８を動
作させることによりプラズマ２から拡散により排出され
た粒子はスクレイプオフ層３を通ってリミタ−４の背後
に導びかれ、箱体１２の端壁の透孔１４を通して排気さ
れる。したがって本実施例によれば第Ｉ実施例と同様に
燃料供給効率が高まるばかりでなく、不純物粒子等の排
気効率も高めることができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によると、リミッタはプラズマと
の間に、プラズマ及び真空容器内空間とは区別できる閉
じた空間を形成しており、この閉じた空間内に燃料ガス
供給用の開口部が臨んでいるので、燃料ガス供給用の開
口部前面のスクレイプオフ層は他の領域のスクレイプオ
フ層より薄くなり、またプラズマとリミッタとの接触位
置が燃料ガス供給用の開口部とは離れているので、プラ
ズマに対する燃料供給効率が高められると共に、プラズ
マ周辺部が冷却されることが少ないという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の要部のみを示す断面図、第
２図は第１図に示すリミッタの斜視図、第３図は本発明
の他の実施例の要部を示す斜視図、第４図は更に他の実
施例の要部断面図、第５図、第６図はそれぞれ異なる従
来例を示す断面図である。 ｌ・・・真空容器　　　２・・・プラズマ３．３′・・
・スクレイプオフ層 ４・・・リミッタ　　　５・・・燃料ガス供給用開口部
６・・・閉じた空間　　８・・・排気ポンプ（他１名） 第 図 ２アフスマ ６ 第 図 第 図 第 第 図 燃料ガス く

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　真空容器内にてプラズマに接触してその形を決める
   ためのリミッタから前記プラズマに燃料ガスを供給する
   ようにした磁場閉じ込め型核融合装置の燃料供給装置に
   おいて、前記リミッタはプラズマとの間に閉じた空間を
   形成する形状に構成されていると共に、該閉じた空間内
   に燃料ガスを注入するための開口部が臨んでいることを
   特徴とする磁場封じ込め型核融合装置の燃料供給装置。 ２　前記リミッタは燃料ガス注入用の前記開口部とは独
   立して真空容器から取り外し自在である請求項１記載の
   磁場封じ込め型核融合装置の燃料供給装置。 ３　前記リミッタの前記プラズマから遠い側には排気ポ
   ンプが設けられている請求項１又は２記載の磁場封じ込
   め型核融合装置の燃料供給装置。