JPH0833460B2 - 高周波入射装置 - Google Patents

高周波入射装置

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JPH0833460B2
JPH0833460B2 JP63022694A JP2269488A JPH0833460B2 JP H0833460 B2 JPH0833460 B2 JP H0833460B2 JP 63022694 A JP63022694 A JP 63022694A JP 2269488 A JP2269488 A JP 2269488A JP H0833460 B2 JPH0833460 B2 JP H0833460B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は核融合装置の高周波入射装置に係り、特に上
記高周波入射装置の小型化,長寿命化に好適な、核融合
装置の高周波入射装置に関するものである。
〔従来の技術〕
核融合装置のランチヤーは、プラズマの加熱用あるい
は電流駆動用として、プラズマ中に高周波パワーを注入
するものである。プラズマ加熱の目的の中には、予備電
離プラズマの生成及び電流分布制御がある。これらの機
能を有効に果たすために、プラズマ中の加熱領域をプラ
ズマポロイダル断面内の1部に集中させることができる
電子サイクロトロン波(ECW)が用いられる。また、上
記電流分布制御を行うためには、プラズマポロイダル断
面内でECW電力が吸収される位置を可変とすることが要
求され、ECW電力ビームの放射方向の制御が必要とな
る。
第2図に、従来のECW入射装置の構成を示す。第2図
において、1はプラズマ、2はトロイダル磁場コイル、
3は第2反射境、4は第1反射境、5は第2反射境駆動
部、6は導波管、7はダイバータプレート、8はコイル
遮蔽体、9はECW導波管遮蔽体である。
第3図は、従来のECW入射装置を上から見た図であ
る。本第3図において、6は導波管、9はECW導波管遮
蔽体、10は導波管6の断面、11は発振器までの伝送導波
管である。
ECW入射装置の構成要素の1つである発振器には、核
融合炉の場合には周波数約150GHz,長パルス(数秒),
大電力(単管1MW以上)が要求される。しかし、現時点
ではこのような発振器はなく、現在得られている大出力
ミリ波発振器は、周波数120GHz,単管出力20KWのもので
ある。現時点で設計に用いられている、近い将来実現可
能な発振器の設定値は周波数150GHz,単管出力200KWで
ある。予備電離,電流分布制御にはプラズマに吸収され
るECW電力として10MWが必要である。従つて伝送系の電
力損失が約3dBであることを考慮すると、上記の単管出
力200KWが約100本必要となる。しかも、このミリ波発振
器にはジヤイロトロンと呼ばれる自励発振の装置を用い
るために、伝送中、複数の導波管を統合して一本の導波
管として、電力を伝送することができない。このため第
2図に示すように、プラズマへの入射ポートまで導波管
100本を導じいて設置する必要がある。
従来のECW入射装置では、第2図に示すように、ECW電
力のプラズマ中での吸収点を変えるために反射境が用い
られた。まず、導波管6から放射されたECW電力ビーム
は第1反射境4で反射し、第2反射境3に向かう。次に
第2反射境3は駆動部5で傾きが調整され、第2反射境
で反射されたECW電力ビームは、プラズマのある一定の
場所に到達する。駆動部5を作動せしめて第2反射境の
傾きを変えることにより、ECW電力のプラズマでの吸収
点を変えていた。
このような反射境を用いたECW入射装置では約100本の
導波管群の断面積に加えて、可動の反射境を設置する必
要があることから、ECW入射ポート1.3m×1.8mと大型化
する。ポートが大型化すると、周辺のトロイダルコイル
の遮蔽及び核融合装置本体の生体遮蔽が第2,3図に示す
遮蔽体9の如く大形大重量になるという問題が生じる。
また、反射境はプラズマからの熱輻射,核発熱粒子流
入及び高周波損による入熱を受ける。この量は約50W/cc
であり、反射境の裏面には冷却水チヤンネルを設けてい
る。冷却水チャンネルがプラズマに近いと上記チャンネ
ルの破損に伴つてプラズマ中への不純物の混入の危険性
が高いという問題がある。
反射境はプラズマからの中性子照射で損傷を受け、例
えば核融合炉でフルエンスが1020/cm2の場合、数年に1
回反射境を交換しなければならない。このように反射境
は短寿命であるという問題があつた。
更に、ECW電力をプラズマポロイダル断面内に集中さ
せる場合(例えばビーム集束半径を10cm以内)、第2反
射境の1点にECW電力が集中することを避けるには、第
1反射境で反射したECW電力ビームの方向を調整する必
要があるので、第1反射鏡の傾きが変えられる駆動部を
各導波管毎につける必要が生じる。現時点では100本の
導波管があり、ECW入射装置は更に複雑化するという問
題があつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、ECW入射装置の大きさ、寿命及びECW
電力ビームのプラズマ中での集束性の点について配慮が
されておらず、ECW入射装置が大型化し、短寿命で、ECW
電力ビームの集束性が悪いという問題があつた。
本発明の目的は、小型長寿命でECW電力ビームの集束
性の優れたECW入射装置を達成することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、(イ)長軸を中心に回転する単一あるい
は複数個のブラソフアンテナと、(ロ)上記ブラソフア
ンテナを長軸を中心に回転させる回転駆動部と、(ハ)
上記回転駆動部に回転角の信号を送る回転角制御部とを
設けることにより、達成される。
〔作用〕
プラズマポロイダツ断面内のECW電力の吸収場所を変
えるには、長軸を中心に回転するブラソフアンテナを回
転することによつて達成される。
第4図はその原理を示したものである。ECWは=c
eを満たすECWの共鳴面で吸収される。は入射ECWの周
波数である。ceは電子サイクロトロン周波数で、磁場
の関数である。上記の磁場はトーラス中心軸からの距離
Rで決まる。従つてECWの共鳴面は本第4図(a)に示
すような、R=一定、の面になる。これをトーラスの外
側赤道面から見たのが同図(b)である。ブラソフアン
テナの回転により、ECW電力のプラズマ吸収場所が円弧
を画く。ECW電力の吸収点は上記共鳴面内に限られると
いうECWの特性から、ブラソフアンテナを回転させると
吸収点はプラズマ周辺からプラズマ中心まで動く。吸収
点の移動幅は、ブラソフアンテナから出るECW電力ビー
ムの放射角で調整できる。また、ブラソフアンテナの回
転角は、本第4図(a)に示すようにプラズマ周辺から
プラズマ中心まで吸収点を動かすには、90゜でよい。
プラズマポロイダル断面内のECW電力の吸収場所をあ
らかじめ決められた特定の場所に合わすには、ブラソフ
アンテナの回転角を決める回転角制御部から回転角の信
号を出し、それを受けたブラソフアンテナ回転駆動部が
作動してブラソフアンテナを回転させ、ECW電力ビーム
の放射方向を変えることによつて達成される。
〔実施例〕
以下に、本発明の一実施例を第1図により説明する。
第1図において、(a)は本発明のECW入射装置、
(b)は上記ECW入射装置の構成要素である長軸方向に
回転可能なブラソフアンテナ、(c)は上記ブラソフア
ンテナの回転接合部である。第1図において、11は発振
器までの伝送導波管、12はブラソフアンテナ群の収納ケ
ース、13はブラソフアンテナ、14はブラソフアンテナを
回転させる回転駆動板、15はブラソフアンテナを回転さ
せるギア、16はブラソフアンテナの回転接合部であつ
て、その詳細構造を本第1図(c)に示す。17はブラソ
フアンテナ13と導波管11との接合支持柱、18はベアリン
グ、19はブラソフアンテナと導波管11との接合棒であ
る。
次に本実施例の動作を示す。発振器から導波管11を通
つてECW電力がブラソフアンテナの回転接合部16へと伝
送される。ブラソフアンテナの回転角を決める回転角制
御部から出される信号に応じて、各ブラソフアンテナの
回転駆動部が作動し、ブラソフアンテナ13が回転する。
ECW電力ビームは上記ブラソフアンテナで放射方向が決
められ、プラズマポロイダル断面内の所定の位置へ到達
し、そこでプラズマに吸収される。
ブラソフアンテナからのECW電力ビームの放射角θは
第5図(a)に示すように、プラズマ中心からブラソフ
アンテナまでの距離d及びプラズマ中心からプラズマ周
辺までの距離Lで決まり、 である。各融合炉の場合、プラズマは非円形で長軸方向
の半径がL=1.8mである。また、d=1.35mであるので である。直径6cmの円形導波管を使う場合、第5図
(b)に示すようにECW電力ビームの放射角がθの場
合にはブラソフアンテナの先端で実効的にブラソフアン
テナの直径が6cmよりも大きくなる。また、前述の放射
角θが第5図(b)に示した角θである場合、ブラゾ
フアンテナの先端でちようどECW電力ビームが直径6cmの
ところを通過する。これはブラソフアンテナの先端部切
り口の長さSで決まる。各ブラソフアンテナからのECW
電力ビームの放射角を全てθ=50゜に設定すると、第1
図(a)のように、全てのブラソフアンテナの先端を揃
えて、全ブラソフアンテナを設置することができる。
第6図に、プラズマ内1回通過当りのECWパワー吸収
率の空間分布を示す。これは、ECWの分散式から求まる
波の減衰率kiを用いて、吸収率は η=1−exp[−2∫kidl] で与えられる。ここでlはプラズマ内のECW電力ビーム
の通過距離である。第6図で吸収点はx/a=0のプラズ
マ中心に合わせてある。第6図から、プラズマ温度がTe
<1KeVではECW電力はプラズマ内を1回通過しただけで
は全電力がプラズマに吸収されないが、Te>1KeVではEC
W電力はプラズマ内の1回通過で全電力が吸収されるこ
とがわかる。従つて、1KeV以上のプラズマでは、真空容
器でのECW電力ビームの多重反射でプラズマ内の吸収点
が散らばることなく、所定の所で吸収されることが解
る。
第5図は本発明の一実施例であるECW入射装置及び伝
送系の全体を示す。第5図において20はブラソフアンテ
ナ群、21はブラソフアンテナ回転駆動部、22はモードコ
ンバータ、23は発振器、24はブラソフアンテナ回転角制
御部である。ブラソフアンテナ回転角制御部はブラズマ
温度・密度の計測系に接続して、ある評価基準の下に各
ブラソフアンテナの回転角を自動的に決め、ECW電力の
吸収点の制御を行うことも可能である。
以上に説明した実施例ではポート面積が従来の1.3m×
1.8mの半分まで低減できる。また、反射境を用いる必要
がないので、中性子照射による反射境の損耗がない。EC
W入射装置の寿命は従来反射鏡の寿命で決つていたの
で、2〜3年で交換していたという制限は特になくな
る。また、ECW電力をプラズマ内の一点に集束させる場
合、従来技術においては反射鏡のある特定の場所にECW
電力が集中して該反射境が破損するという虞れがあつ
た。本実施例では各ブラソフアンテナの回転によりプラ
ズマ内の一点(各ブラソフアンテナから出たECW電力の
プラズマ内の吸収点は同一磁気面上に乗る)に集中させ
ることができる。
第7図に本発明の他の実施例を示す。第7図におい
て、(a)は本発明のECW入射装置、(b)は上記ECW入
射装置の構成要素である長軸方向に回転可能なブラソフ
アンテナ、(c)は上記ブラソフアンテナの回転接合部
である。第7図(d)はD部拡大詳細図である。本第7
図において、11は発振器までの伝送導波管、13はブラソ
フアンテナ、25はブラソフアンテナの収納ケース、15は
ブラソフアンテナを回転させるギア、26はブラソフアン
テナを回転させる駆動ギア、16はブラソフアンテナの回
転接合部である。17,19はブラソフアンテナ13と導波管1
1の接合支持柱と接合棒、18はベアリング、27は周方向
につながつたリング状バネである。
第7図(a)では、ブラソフアンテナ13からのECW電
力ビーム間の干渉を避けるために、上下のブラソフアン
テナ群をずらし、ブラソフアンテナの収納ケース25をホ
ーン状にしている。ブラソフアンテナの回転はギヤ26で
行ないブラソフアンテナの回転駆動部の小型化を図る。
ブラソフアンテナの回転接合部はリング状のバネ27(第
7図(d)参照)を用いることにより、電気的接続を良
好にする。上記回転接続部のギヤツプは、ECWの波長が1
50GHzの場合2mmであるので、ぞの1/4以下にする。また
第7図(a)において、同じ高さにあるブラソフアンテ
ナ群では前述のLが同じであるので回転角は同一の制御
で済み、制御は簡単になる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、反射鏡を使うことなくECW電力ビー
ムをプラズマポロイダル断面の一ケ所に集束・吸収させ
ることができるので、ポート面積は従来のポート面積の
1/2に縮小できる。反射境を用いないので、従来の如く
中性子照射損傷により反射境を交換する必要が無くなる
ために、ECW入射装置の寿命は大幅に長期化する。ま
た、従来技術においては反射鏡の許容受熱容量からプラ
ズマ内でのECW電力ビームの集束に制限があつたが本発
明の適用によつてこの制限が無くなり、ビームの集束性
が増大するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のECW入射装置の説明図、第
2図は従来のECW入射装置の正面図、第3図は従来のECW
入射装置の平面図、第4図は本発明の原理図、第5図は
本発明のECW入射装置及び伝送系を示す説明図、第6図
はプラズマ内1回通過当りのECWパワー吸収率の空間分
布を示す図表、第7図は本発明の他の実施例におけるEC
W入射装置の説明図である。 1……プラズマ、2……トロイダル磁場コイル、3……
第2反射境、4……第1反射境、5……第2反射鏡駆動
部、6……導波管、7……ダイバータプレート、8……
コイル遮蔽体、9……ECW導波管遮蔽体、10……導波管
断面、11……発振器までの伝送導波管、12……ブラソフ
アンテナ群の収納ケース、13……ブラソフアンテナ、14
……ブラソフアンテナの回転駆動板、15……ブラソフア
ンテナの回転ギア、16……ブラソフアンテナの回転接合
部、17……ブラソフアンテナと導波管との接合棒支持
柱、18……ベアリング、19……ブラソフアンテナと導波
管との接合棒、20……ブラソフアンテナ群、21……ブラ
ソフアンテナ回転駆動部、22……モードコンバータ、23
……発振器、24……ブラソフアンテナ回転角制御部、25
……ブラソフアンテナの収納ケース、26……ブラソフア
ンテナを回転させる駆動ギア、27……周方向につながつ
たリング状バネ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】核融合装置用の高周波入射装置において、 (a) 長軸を中心に回動し得るブラソフアンテナと、 (b) 上記ブラソフアンテナを長軸の回りに回動させ
    る駆動手段と、 (c) 上記駆動手段の回動角を制御する手段と、 を設けたことを特徴とする高周波入射装置。
  2. 【請求項2】前記のブラソフアンテナは複数個構成さ
    れ、ブラゾフアンテナ群として収納ケース内に平行に配
    設されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の高周波入射装置。
JP63022694A 1988-02-04 1988-02-04 高周波入射装置 Expired - Lifetime JPH0833460B2 (ja)

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JPH01200599A JPH01200599A (ja) 1989-08-11
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JP4831600B2 (ja) * 2005-08-05 2011-12-07 独立行政法人日本原子力研究開発機構 高周波加熱装置用直線駆動アンテナ

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JPH01200599A (ja) 1989-08-11

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