JPH0810259B2

JPH0810259B2 - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH0810259B2
Application number: JP62052997A
Authority: JP
Inventors: 裕文篠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-10
Filing date: 1987-03-10
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS63221594A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、核融合プラズマの加熱等に用いる高周波加
熱装置に関する。

（従来の技術）真空容器内に磁場によって閉じ込められた核融合プラ
ズマに高周波電力を注入することにより、プラズマを加
熱することができることが知られている。その方式とし
ては、イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）、電子サ
イクロトロン共鳴加熱（ECRH）、低域混成波加熱（LHR
H）等がある。このうち、電子サイクロトロン共鳴加熱
（ECRH）は、プラズマ閉じ込め装置中の磁場に巻き付く
ようにしてらせん運動を行なっている電子に、その巻き
付いて回転する周波数と同一の周波数の高周波電力を入
射することによって、電子の運動エネルギ、ひいては電
子温度を上昇させ、プラズマの温度を高めようとするも
のである。この目的のために、必要となる高周波電力の
周波数は、プラズマ中における磁場強度によって決ま
り、例えば、プラズマ中の磁場強度２テスラにおいて、
ECRHに適する周波数は56GHzとなる。このような高い周
波数の電力を得るためには、例えば、ジャイロトロンの
ようなマイクロ波管が用いられる。ジャイロトロンは、
高速の電子ビームを生成してこれをジャイロトロン用の
磁力線に巻き付かせて進行させ、その磁場強度によって
決まる電子の旋回周波数の電磁波に共鳴する寸法を有す
る空洞部で、この電子の運動エネルギを高周波電力に変
換し、これを導波管によってプラズマ閉じ込め装置に導
き、適当な形状のアンテナと称する導波管先端部から、
プラズマ中へ入射する。

第６図に、従来用いられている電子サイクロトロン共
鳴加熱（ECRH）の場合の高周波加熱装置の構成例を示
す。図示しない高電圧ビーム電源とマグネット（１）及
び（２）によって適当な磁場を与えられ、ジャイロトロ
ン（４）内にある共鳴空洞部（３）に導びかれた電子
は、ここでその運動エネルギを高周波電力に変換する。
共鳴空洞部（３）を通り抜けた電子は、ジャイロトロン
（４）の器壁に衝突して、ここに熱エネルギを与えてそ
の役割りを終える。ここで発生した高周波電力は円形断
面の立体回路によって導びかれてプラズマ中へ入射され
る。まず、ジャイロトロン出力部に設けられた出力部ウ
インドー（５）及び出力側直管部（６）を通り次にテー
パ管（７）によって、円形導波管の断面口径寸法を減じ
た上で、可とう管（８）で電磁波の方向を調整し、入射
側直管部（９）、入射部ウインドー（10）を通って導入
フランジ（11）に取り付けられたアンテナ（12）から、
真空容器（13）の中へ入射される。ここで、可とう管
（８）は、ベロー状の導波管であり、そのベローのピッ
チと管径を、高周波の周波数によって決まる寸法に調整
して製作することによって、不要な反射を少なくしてい
る。このために、管径が規制され、テーパ管（７）によ
って、それ以前の部分よりも細くする必要がある。これ
らの各管（６），（７），（８），（９）は導波管と称
される。

（発明が解決しようとする問題点）このような構成の高周波加熱装置において、防がなけ
ればならないものの１つは、導波管内部での放電であ
る。導波管を通過する電磁波の電力が大きくなると、導
波管内に生じる電界によって、そこに放電が生じ易くな
る。ここで高周波の周波数が高い時には、導波管はより
細い管径のものが必要となるので、同じ電力に対して、
周波数が高い程、内部放電の可能性が高まる。導波管内
部での放電が起きると、その放電部分の損傷もさること
ながら、放電によって反射波が増大し、これとジャイロ
トロンの共鳴空洞部内の電磁波との相互作用によって、
共鳴空導部内に通常時には表われないモードの電磁波が
生じ、ここで放電を起してジャイロトロンを損傷するこ
とが必配される。このような導波管内部での放電を防止
するために、導波管内部即ち出力部ウインドー（15）と
入射部ウインドー（10）の間にSF₆等の絶縁ガスを封じ
込めることが行なわれている。

ここで、入射部ウインドー（10）は、アルミナセラミ
クス等を材料として製作されるが、その真空容器側の表
面のよごれ等によって、入射部ウインドー（10）の表面
での放電を起こす可能性がある。このような放電が起き
ると、入射部ウインドー（10）にクラックを生じ、導波
管内に充てんされた絶縁ガスが、真空容器（13）の中に
流入するおそれがある。しかして、SF₆ガス等の絶縁ガ
スは、真空容器（13）の器壁に付着すると、取り除くこ
とが困難であり、真空容器（13）内部の洗浄、長時間の
ベーキング等の不要な手間が増えることが問題となる。

本発明の目的は簡易な構成で、入射部ウインドーにク
ラックが生じても、SF₆等の真空特性上有害なガスが真
空容器内に流入しないで済む高周波加熱装置を提供する
ことにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明においては、入射
部ウインドーを２重にし、その間に乾燥窒素等の不活性
ガスを充てんする。

（作用）このようにすると、真空容器側の入射部ウインドーに
クラックが生じても乾燥窒素等の不活性ガスが真空容器
内に入るだけであって、有害なSF₆等のガスは入らない
から、真空の回復が容易に行える高周波加熱装置を得る
ことができる。

（実施例）実施例１以下、本発明の第１の実施例について、第１図を参照
して説明する。

ジャイロトロン（４）で発生した高周波電力は、出力
部ウインドー（５）、出力用直管部（６）、テーパ管
（７）、可とう管（８）を経て、さらに仕切用ウインド
ー（15）、入射側直管部（９）、入射部ウインドー（1
0）、アンテナ（12）を通って真空容器（13）へ入射さ
れるように構成する。ここで、SF₆等の絶縁ガスは出力
用ウインドー（５）と仕切用ウインドー（15）との間に
充てんされており、仕切用ウインドー（15）から入射部
ウインドー（10）までの２重にしたウインドー間には、
乾燥窒素等の不活性ガスが充てんされている。即ち、第
６図に示した従来例に対して、仕切用ウインドー（15）
を入射部ウインドー（10）の近くに設けて、この２重に
したウインドー（15），（10）間に乾燥窒素等の不活性
ガスを充てんしたことが従来例と異なり、他は第６図に
示した従来例と同様にしたものである。

次にこの実施例の作用について説明する。

上記のように構成すると、立体回路を構成する各部品
の内で、管内放電の可能性が最も高いと考えられるの
は、可とう管（８）である。その理由は、可とう管の内
壁には凹凸部が多く、その突起した部分に電界が集中し
て、放電が起こり易いためである。そこで、この可とう
管（８）の中にはSF₆等の絶縁ガスを充てんし、そこか
ら先の直管部には不活性ガスを充てんしておくことによ
って、全体としての内部放電の可能性を減ずることは十
分に可能である。そして、このように構成することによ
り、万一、入射部ウインドー（10）にひびが入っても、
真空容器（13）の内部へ流入するのは、不活性ガスのみ
とすることができ、安全性を向上した高周波加熱装置を
提供できる。

実施例２次に第２図を参照して第２の実施例を説明する。この
実施例は、真空容器（13）にガスアナライザ（16）を取
付け、不活性ガス検出信号（17）をジャイロトロン高電
圧ビーム電源（18）に送り、ジャイロトロン（４）の運
転を停止するようにしたものである。他は実施例１の通
りである。

このようにすれば、入射部ウインドー（10）にひびが
入った場合、直管部（９）の中に充てんされた窒素が、
入射部ウインドー（10）のひびを通して真空容器（13）
の中に侵入し、さらにこれがガスアナライザ（16）によ
って検出される。ガスアナライザ（16）では、検出され
た侵入ガスが、高周波加熱装置の直管部（９）に充てん
されたガスであることを確認し、ガス検出信号（17）
を、ジャイロトロン高電圧ビーム電源（18）に送信す
る。これを受けることにより、ジャイロトロン高電圧ビ
ーム電源（18）は、ジャイロトロン（４）の運転を停止
するので、第１図に示した実施例１より更に自動的に安
全性を向上する。

実施例３次に第３図を参照して第３の実施例を説明する。これ
は、ガス検出信号（17）をシャッタ制御装置（19）にも
送り、シャッタ（20）を閉じてアンテナ（12）と真空容
器（13）とを仕切るようにしたものである。他は実施例
２と同様である。

このようにすると、入射部ウインドー（10）にひびが
入ることにより、ガスアナライザ（16）がガス検出信号
（17）を発信すると、これによってジャイロトロン高電
圧ビーム電源（18）が運転を停止すると同時に、シャッ
ター制御装置（19）の制御によってシャッター（20）
が、導入フランジ（11）の真空容器（13）と通じる部分
と閉止して、アンテナ（12）を真空容器（13）から仕切
ることによって、一定以上の窒素等のガスの真空容器
（13）への流入を防ぐ。従って実施例２より更に安全性
が向上する。また、将来、複数のジャイロトロンを用い
てプラズマ加熱を行なう場合、上記充てん気体の種類を
別のものとしておけば、ひびが生じた入射部ウインドー
（10）がどの系統に属するものであるかを判別し、さら
にその系統だけに関してのみ選択的に運転停止を行な
い、アンテナ（12）を真空容器（13）と仕切り、他の系
統は運転を継続することも可能である。

実施例４次に第４図を参照して第４の実施例を説明する。これ
は気密を保持するパッキン（図示せず）を有するいんろ
う状の管炉長調整部（21）を設けた入射側直管部（９）
を備えた高周波加熱装置の一部分を示す。他は実施例１
ないし３のいずれにも共通する。

このようにすると仕切用ウインドー（15）と入射部ウ
インドー（10）は共に入射波に対する反射波（22）およ
び（23）を生じる。通常は一枚のウインドーに入射した
電磁波はそのウインドーに入る部分と、ウインドーから
出る部分において、それぞれ反射波（22）及び（24）を
生じるので、これらの反射波（22）と（24）が互いに位
相が逆となるように、ウインドー（15）の厚さを選択す
ることにより、トータルの反射波の量を最小限とするこ
とを行なうが、仕切用ウインドー（15）の誘電率のばら
付きや厚さの加工精度の不十分さから、完全な打ち消し
は行なえない。そこで第４図の直管部（９）のように管
路長調整部を備えておけば、仕切用ウインドー（15）と
入射部ウインドー（10）の相対的な距離ｌを微調整し、
これらのウインドーの入射面及び出射面からの反射波
を、入射面からの反射波どうし（22）と（23）、及び出
射面からの反射波どうし（24）と（25）で打ち消すこと
により、トータルの反射波が最小となるように調整が可
能である。

実施例５次に第５図を参照して第５の実施例を説明する。

これは、ジャイロトロンの出力部ウインドー（５）の
下流に保護ウインドー（5a）を設け、出力部ウインドー
（５）と保護ウインドー（5a）との間には窒素等の不活
性ガスが充てんされ、出力部ウインドー（５）が破壊す
ると、このガスがジャイロトロン（４）の内部へ侵入す
るが、これをジャイロトロン（４）に接続された、排気
用及び管内真空度監視装置であるイオンポンプ（28）に
よって検知し、図示しないジャイロトロン用高電圧ビー
ム電源を停止するとともに、イオン検出信号にてシャッ
ター制御装置（27）を制御してシャッター制御信号（3
0）によりジャイロトロン用シャッター（26）を閉止す
るものである。他は実施例１ないし実施例４のいずれに
も共通である。

このようにすれば、出力用ウインドー（５）の破壊時
にも、真空特性上有害でない気体のみがジャイロトロン
（４）に流入するだけで、ジャイロトロン（４）内に有
するヒータ等が酸化してジャイロトロンが劣化すること
を防ぎ、ウインドーの交換、及びジャイロトロン内の再
排気だけでジャイロトロンを再び使用できることにな
る。

また、ここでは、高周波発生源として、ジャイロトロ
ンを例にとったが、他のマイクロ波管（クライストロ
ン、マグネトロン等）においても同様の効果を得ること
ができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、真空封止のための
ウインドーを２重にしてその内部に不活性ガスを封入し
たので、入射部ウインドーが、放電その他によって破壊
しても、真空容器内へは不活性ガスのみが流入するだけ
で、真空容器内への絶縁ガスの流入が起こらないので、
真空の回復が容易に行えて保守の容易な高周波加熱装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はそれぞれ本発明の第１ないし第５
の実施例を示す断面図、第６図は従来例を示す断面図で
ある。４……マイクロ波管の１つであるジャイロトロン、５……出力部ウインドー、5a……保護ウインドー、６……出力用直管部、８……可とう管、９……入射側直管部、10……入射部ウインドー、 11……導入フランジ、12……アンテナ、 13……真空容器、15……仕切用ウインドー、 16……ガスアナライザ、17……ガス検出信号、 18……高周波発生電源、18a……保護回路、 20……シャッタ、21……管路長調整部、 26……ジャイロトロン用シャッタ、 28……管内真空監視装置であるイオンポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波管にて発生させた高周波電力
を、導波管の一部である可とう管と入射側直管部とを介
して真空容器内に入射させる高周波加熱装置において、
可とう管内には絶縁ガスを封入し、入射側直管部は入射
部ウインドーと仕切用ウインドーにて２重に封止し、そ
の内部に不活性ガスを充てんしたことを特徴とする高周
波加熱装置。
【請求項２】不活性ガスの真空容器内への流出を検出す
るガスアナライザと、ガスアナライザのガス検出信号に
よって高周波発生源の運転を停止する保護回路を備えた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高周波加
熱装置。
【請求項３】ガスアナライザのガス検出信号によって真
空容器に取付けた導入用フランジを閉じて入射用アンテ
ナと真空容器とを仕切るシャッタを設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の高周波加熱装置。
【請求項４】入射用直管部に管路長を調整するパッキン
付いんろう状の管路長調整部を設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記
載の高周波加熱装置。
【請求項５】マイクロ波管出力用ウインドーの下流に別
の保護ウインドーを設け、これらの間に不活性ガスを充
てんし、かつマイクロ波管に管内真空度監視装置を設
け、この監視装置からの異常信号によって高周波発生電
源の運転を停止すると同時にマイクロ波管をしゃ断する
マイクロ波管用シャッタを設けたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の
高周波加熱装置。