JPH07110389A - 高周波加熱装置のランチャー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プラズマディスラプションが発生しても導波管
束に大きな誘導電流が流れないようにして、電磁力によ
る導波管束の損傷を防止することにある。 【構成】高周波電磁波を複数に分配する導波管束により
伝送してプラズマを加熱する高周波加熱装置のランチャ
ーにおいて、複数の仕切板２１を適宜の間隔を存して平
行に配設すると共に、各仕切板２１の上下部の対向面間
に電気的絶縁物にて形成又は絶縁物でコーティングした
絶縁スペーサ２２を接合して導波管束２３を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、核融合装置で生成され
るプラズマを加熱する高周波電磁波を導波管束を通して
入射する高周波加熱装置のランチャーに関する。

【０００２】

【従来の技術】核融合装置を実現するには、高い密度
（例えば１０²⁰ｍ^-3以上）のプラズマを十分な反応率の
得られる高い温度（例えば２億度）まで加熱する必要が
あり、かかるプラズマの高温化を実現する手段の１つと
して高周波電磁波をプラズマに入射する高周波加熱装置
による加熱手段がある。

【０００３】また、高周波加熱装置は使用する周波数帯
により数種類に分類されるが、その１つとしてプラズマ
中の電子のランダウ減衰を利用した低域混成波共鳴周波
数帯加熱装置があり、同周波数帯の高周波電磁波がプラ
ズマを収容する真空容器内に挿入されたランチャーより
プラズマに入射されるようになっている。

【０００４】図４は上記高周波加熱装置を核融合実験装
置に取付けた状態を示す図である。図４において、発振
器１より出力される高周波電磁波はランチャー２内で複
数に分配されて真空容器３の内部に入射され、プラズマ
４を加熱する。この真空容器３内部では、高周波電磁波
を集中させるため、特にランチャー２内に導波管束５に
より密に構成している。

【０００５】図５はプラズマ４に面して配置された従来
のランチャー２の構成を示す斜視図である。図５におい
て、７はランチャー２のジャッケットであり、このジャ
ケット７内に複数の導波管６で構成された導波管束５が
収容され、この導波管束５とジャケット７との間の空間
はベーキング時の加熱ガス及び実験時冷却用の冷却水あ
るいは冷却ガス等の冷却媒体の流路として利用されてい
る。また、ランチャー２の先端にはガードリミター８が
取付けられており、プラズマ４の高熱負荷からランチャ
ー２を保護している。なお、図中９はランチャー２から
プラズマ４に入射される高周波電磁波を示している。

【０００６】一方、ランチャー２の先端部は高周波電磁
波９をプラズマ４中に入射させるべく、いわゆる“アン
テナ”となっており、複数の導波管６が列及び段構造に
して導波管束５を構成し、その先端をプラズマ４に対し
て開口させている。これをグリルアンテナと称し、この
グリルアンテナよりプラズマ４を効率良く加熱するため
に必要な高周波電磁波が放出されるようになっている。

【０００７】ところで、上記構成のランチャー２におい
て、導波管束を製作するには、図６に示すようにステン
レス等の板を曲げて溶接にて１本ずつ導波管６を製作
し、これらを束ねて導波管束５を構成するようにしたも
のがある。

【０００８】しかし、この製作方法は製缶溶接法である
ため、製作精度には自ずと限界があり、大きさも制限さ
れることになる。そこで、これらの欠点を補うためには
図７に示すような導波管束の製作方法がある。即ち、図
７において、１０は高周波電磁波を分配する複数の仕切
板で、これら各仕切板７を適宜の間隔を存して平行に配
設すると共に、その上下部の対向面間にスペーサ１１を
介在させて導波管束１２を構成している。この場合、導
波管束１２の内面幅はスペーサ１１の幅寸法により決定
される。

【０００９】このように複数の仕切板１０とスペーサ１
１とを組合せてこれらを例えばロー付けとか、拡散接合
等で接合して導波管束１２を構成することにより、その
製作精度はそれらを形成する仕切板１０、スペーサ１１
の単品製作の機械加工精度で保証されるものとなる。こ
れら仕切板１０の材質は、ステンレスに銅メッキを施し
たものが良く用いられ、またスペーサ１１はステンレス
が用いられる。

【００１０】上記のような構成の導波管束１２を用いた
高周波加熱装置を核融合実験装置に組込んで運転してい
るとき、何等かの原因でプラズラマディスラプション
（プラズマが一瞬の内に消滅してしまう現象）が生じる
と、図８に示すように誘導電流が導波管束１２上に閉回
路に形成して誘導電流が流れる。

【００１１】この誘導電流は、核融合実験装置の大き
さ、プラズマ電流の大きさ、プラズマの消滅の仕方によ
ってははなはだしく大きな値となることがあり、差交す
る磁場によっては大きな電磁力が働き、導波管束を損傷
させることがある。

【００１２】図９はその状態の一例を示している。即
ち、図９に示すように他のコイルから発生する磁場Ｇが
導波管束に発生した誘導電流と差交することにより、Ｆ
１及びＦ２なる電磁力が発生し、その２つの力の相互作
用によりＦ３なる導波管束をねじる方向の力が発生す
る。この力Ｆ３の大きさはＦ１，Ｆ２の大きさに比例す
るものであり、Ｆ１，Ｆ２の力の大きさは導波管束に生
じる誘導電流値に比例し、導波管束を差交する磁場Ｇの
大きさに比例する。

【００１３】従って、導波管束をねじるＦ３を小さくす
るには、磁場Ｇの強度を下げるか誘導電流値を下げるこ
とが必要である。しかし、磁場Ｇの値は核融合装置本体
で必要な値があるので、導波管束の保護のためにその値
を制限することは好ましくない。

【００１４】一方、前述した構成の導波管束において
は、高周波電磁波と接する仕切板１０の面積が大きくな
るので、高周波伝送ロスによる熱負荷が問題となる。そ
こで、この熱負荷を取除くためには仕切板を冷却する必
要があるが、スペーサの材質として熱負荷よりもプラズ
マディスラプション時の渦電流による電磁力の影響の方
が大きいと考えられることから、前述したように熱導電
率の低いステンレス等を使用し、図１０に示すようにス
ペーサ１１に冷却パス１１ａを高周波電磁波の伝送方向
に貫通させて設け、この冷却パス１１ａに冷却媒体を通
して冷却するようにしている。

【００１５】しかし、このような冷却手段ではスペーサ
に冷却パスを設けているため、冷却媒体により仕切板１
０を直接冷却することができず、仕切板１０の冷却効率
が良くないという問題がある。

【００１６】次期核融合装置では、より大きな高周波パ
ワーを長時間の間プラズマに入射することが必要になっ
てくるので、仕切板で発生する高周波伝送ロスによる熱
負荷も従来に比べて大きくなる。これは仕切板の熱変形
を招き、スペーサとの接合面の剥がれや高周波電磁波の
リークを引起こす原因となる。そこで、次期核融合装置
の入熱負荷を鑑みるならば、仕切板を直接冷却する等良
好な除熱能力を有する導波管束の構成が必要である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の高周
波加熱装置のランチャーにおいては、各仕切板１０の上
下部の対向面間にスペーサ１１を介在させて導波管束を
構成しているため、核融合実験装置に組込んで運転する
とき、プラズマディスラプションが生じると、その誘導
電流が導波管束１２上に閉回路を形成して誘導電流が流
れるという問題がある。

【００１８】一方、仕切板１０の熱負荷を取除くためス
ペーサ１１に冷却パス１１ａを設けて冷却媒体を流して
もスペーサ自体が熱電導率の低い材料を使用している
上、仕切板１０を直接冷却していないため、冷却効率が
悪いという問題がある。

【００１９】本発明は、プラズマディスラプションが発
生しても導波管束に大きな誘導電流が流れないようにし
て、電磁力による導波管束の損傷を防止することを第１
の目的とし、また仕切板を直接冷却可能な構成として冷
却効率を向上させることを第２の目的とする高周波加熱
装置のランチャーを提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため次のような手段を講じたものである。請求
項１に対応する発明は、高周波電磁波を複数に分配する
導波管束により伝送してプラズマを加熱する高周波加熱
装置のランチャーにおいて、複数の仕切板を適宜の間隔
を存して平行に配設すると共に、各仕切板の電磁波伝送
方向と直交する両端部の対向面間に電気的絶縁物にて形
成又は絶縁物でコーティングした絶縁スペーサを接合し
て導波管束を構成したものである。

【００２１】請求項２に対応する発明は、複数の仕切板
を適宜の間隔を存して平行に配設すると共に、各仕切板
の電磁波伝送方向と直交する両端部より内側の対向面間
にスペーサを介在させて接合し、且つ各仕切板の両端部
にカバーをそれぞれ配設し、これらを冶金的接合により
接合して各スペーサとカバーとの間に冷却パスを形成し
てなる導波管束を構成したものである。

【００２２】請求項３に対応する発明は、複数の仕切板
を適宜の間隔を存して平行に配設すると共に、各仕切板
の電磁波伝送方向と直交する一端部にカバーを設けて接
合し、各仕切板の他端部に冷却媒体の流入口及び流出口
となる部分を除きカバーを設けて接合し、且つ内側の仕
切板の一端側と他端側に切欠部を交互に設けて冷却媒体
が入口側から出口側に向かって蛇行しながら流れる冷却
パスを形成してなる導波管束を構成したものである。

【００２３】請求項４に対応する発明は、複数の仕切板
を適宜の間隔を存して平行に配設すると共に、各仕切板
の電磁波伝送方向と直交する両端部より内側の対向面間
に電気的絶縁物にて形成又は絶縁物でコーティングした
絶縁スペーサを接合し、且つ各仕切板の両端部にカバー
をそれぞれ配設し、これらを接合して各スペーサとカバ
ーとの間に冷却パスを形成してなる導波管束を構成した
ものである。

【００２４】

【作用】請求項１に対応する発明の高周波加熱装置のラ
ンチャーにあっては、導波管束を構成する各仕切板間に
設けられるスペーサが絶縁スペーサとしてあるので、プ
ラズマディスラプションが発生しても導波管束には大き
な誘導電流が流れることがなくなる。

【００２５】請求項２に対応する発明の高周波加熱装置
のランチャーにあっては、導波管束を構成する各仕切板
の両端部より内側の対向面間に設けられる各スペーサと
カバーとの間に冷却パスが形成されるので、この冷却パ
スに冷却媒体を流すことにより仕切板を直接冷却するこ
とが可能となり、各仕切板の熱負荷を除去することがで
きる。

【００２６】請求項３に対応する発明の高周波加熱装置
のランチャーにあっては、導波管束を構成する各仕切板
の一端部にカバーを設けて接合し、各仕切板の他端部に
は冷却媒体の流入口及び流出口となる部分を除きカバー
を設けて接合し、且つ内側の仕切板の一端側と他端側に
切欠部を交互に設けて各仕切板間に冷却パスが形成され
るので、各仕切板を一様に冷却することが可能となり、
各仕切板の熱負荷をより一層効果的に除去することがで
きる。

【００２７】請求項４に対応する発明の高周波加熱装置
のランチャーにあっては、導波管束を構成する各仕切板
の両端部より内側の対向面間に設けられる電気的絶縁物
にて形成又は絶縁物でコーティングした絶縁スペーサと
カバーとの間に冷却パスが形成されるので、この冷却パ
スに冷却媒体を流すことにより仕切板を直接冷却するこ
とが可能となり、またプラズマディスラプションが発生
しても導波管束には大きな誘導電流が流れることがなく
なる。

【００２８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明による高周波加熱装置のランチャーの
第１の実施例を示す導波管束の斜視図である。

【００２９】第１の実施例では、図１に示すようにステ
ンレスの板に銅メッキを施した５個の仕切板２１を適宜
の間隔を存して平行に配設すると共に、各仕切板２１の
上下部の対向面間に絶縁物２２ａでコーティングした絶
縁スペーサ２２を接合して４分配の導波管束２３を構成
するようにしたものである。

【００３０】このような構成の導波管束とすれば、スペ
ーサが絶縁スペーサ２２としてあるので、プラズマディ
スラプションが発生しても導波管束には大きな誘導電流
が流れる閉回路が形成されることがなく、しかも導波管
内面は金属であるため高周波損失を増大させることもな
い。

【００３１】なお、絶縁スペーサ２２を例えばセラミッ
クで製作し、導波管内面となる面と接合部をメタライズ
（金属焼結）した後、銅メッキを施して接合しても上記
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３２】図２は本発明の第２の実施例を示す導波管
束の斜視図である。第２の実施例では、図２に示すよう
にステンレスの板に銅メッキを施した５個の仕切板２１
を適宜の間隔を存して平行に配設すると共に、各仕切板
２１の上端部より下方及び下端部より上方の対向面間に
スペーサ２４を介在させて接合し、且つ各仕切板２１の
上端部及び下端部にカバー２５をそれぞれ配設し、これ
らをロー付け等の冶金的接合により接合して各スペーサ
２４とカバー２５との間に冷却パス２６を形成するよう
にしたものである。

【００３３】このような構成の導波管束とすれば、冷却
パス２６に冷却媒体を流すことにより仕切板２１を冷却
媒体により直接冷却することができるので、各仕切板の
熱負荷を除去する能力が大幅に向上させることができ
る。

【００３４】図３は本発明の第３の実施例を示す導波管
束の断面図である。第３の実施例では、図３に示すよう
に適宜の間隔を存して平行に配設された５個の仕切板２
１の一端側にカバー２５ａを設けてロー付等により接合
し、各仕切板２１の他端側には冷却媒体の流入口及び流
出口となる部分を除きカバー２５ｂを設けて接合し、且
つ内側の仕切板の一端側と他端側を切欠部２１ａを交互
に設けて冷却媒体が入口側から出口側に向かって蛇行し
ながら流れるように構成したものである。

【００３５】このような構成とすることにより、各仕切
板２１間に冷却パスが容易に形成することができると共
に、冷却効果もより一層向上させることができる。な
お、図２に示す構成において、スペーサとして図１に示
す絶縁スペーサ２２を用いることにより、導波管束には
大きな誘導電流が流れることがなく、しかも仕切板２１
を冷却媒体により直接冷却することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、プラ
ズマディスラプションが発生しても導波管束に大きな誘
導電流が流れず、また仕切板を直接冷却して冷却効率を
向上させることができる高周波加熱装置のランチャーを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高周波加熱装置のランチャーの第
１の実施例を示す導波管束の斜視図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す導波管束の斜視
図。

【図３】本発明の第３の実施例を示す導波管束の断面
図。

【図４】高周波加熱装置を核融合装置に取付けた状態を
示す図。

【図５】高周波加熱装置のランチャーの先端部をプラズ
マに面して配置した状態を示す斜視図。

【図６】従来の製缶溶接構成の導波管束を示す斜視図。

【図７】従来の他の構成の導波管束を示す斜視図。

【図８】図７の導波管束に対してプラズマディスラプシ
ョンが発生したときに導波管束に生じる誘導電流の流れ
を示した図。

【図９】同じく導波管束に対してプラズマディスラプシ
ョンが発生したときに導波管束に生じる電磁力の加わり
方を説明するための斜視図。

【図１０】従来のランチャーにおいて、冷却パスを設け
た導波管束を示す斜視図。

【符号の説明】

２１……仕切板、２１ａ……冷却パス、２２……絶縁ス
ペーサ、２３……導波管束、２４……スペーサ、２５，
２５ａ，２５ｂ……カバー、２６……冷却パス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北島 寛治 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝システムテクノロジー株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電磁波を複数に分配する導波管束
   により伝送してプラズマを加熱する高周波加熱装置のラ
   ンチャーにおいて、複数の仕切板を適宜の間隔を存して
   平行に配設すると共に、各仕切板の電磁波伝送方向と直
   交する両端部の対向面間に電気的絶縁物にて形成又は絶
   縁物でコーティングした絶縁スペーサを接合して導波管
   束を構成したことを特徴とする高周波加熱装置のランチ
   ャー。
2. 【請求項２】 高周波電磁波を複数に分配する導波管束
   により伝送してプラズマを加熱する高周波加熱装置のラ
   ンチャーにおいて、複数の仕切板を適宜の間隔を存して
   平行に配設すると共に、各仕切板の電磁波伝送方向と直
   交する両端部より内側の対向面間にスペーサを介在させ
   て接合し、且つ各仕切板の両端部にカバーをそれぞれ配
   設し、これらを冶金的接合により接合して各スペーサと
   カバーとの間に冷却パスを形成してなる導波管束を構成
   したことを特徴とする高周波加熱装置のランチャー。
3. 【請求項３】 高周波電磁波を複数に分配する導波管束
   により伝送してプラズマを加熱する高周波加熱装置のラ
   ンチャーにおいて、複数の仕切板を適宜の間隔を存して
   平行に配設すると共に、各仕切板の電磁波伝送方向と直
   交する一端部にカバーを設けて接合し、各仕切板の他端
   部に冷却媒体の流入口及び流出口となる部分を除きカバ
   ーを設けて接合し、且つ内側の仕切板の一端側と他端側
   に切欠部を交互に設けて冷却媒体が入口側から出口側に
   向かって蛇行しながら流れる冷却パスを形成してなる導
   波管束を構成したことを特徴とする高周波加熱装置のラ
   ンチャー。
4. 【請求項４】 高周波電磁波を複数に分配する導波管束
   により伝送してプラズマを加熱する高周波加熱装置のラ
   ンチャーにおいて、複数の仕切板を適宜の間隔を存して
   平行に配設すると共に、各仕切板の電磁波伝送方向と直
   交する両端部より内側の対向面間に電気的絶縁物にて形
   成又は絶縁物でコーティングした絶縁スペーサを接合
   し、且つ各仕切板の両端部にカバーをそれぞれ配設し、
   これらを接合して各スペーサとカバーとの間に冷却パス
   を形成してなる導波管束を構成したことを特徴とする高
   周波加熱装置のランチャー。