JPS5890194A - ポロイダル磁場発生装置 - 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】 不発Ｂ）ＩＶｉ、ポロイダル磁場発生装置に関する。特
に、プラズマの位置・形状の検知に基づいてこのプラズ
マを所定の位置・形状に補正する磁場を発生する常電導
コイルと、一定の磁場を発生する超電導コイルとを備え
ているポロイダル磁場発生装置に関する。

ポロイダル磁場発生装置は、例えば核融合装置などにお
いて、発生プラズマを所定の位置・形状に保持するため
に用いられている。これは一般にプラズマの位置・形状
を検知して、この信号に基づきポロイダル磁場発生装置
のコイルを駆動し。

これにより適切な磁場を発生し、該磁場にょシプラズマ
の位置・形状を所定のものに補正する構成になって込る
。このようにボロイダル磁場発生用のコイルに対してプ
ラズマ位置・形状のフィードバック制御を行うのである
が、従前まではかかるボロイダル磁場発生用コイルとし
て常電導コイルが用いられていた。

ところが近年、プラズマに強磁界を与えること、及び所
用電力の低減のため、超電導コイルと常電動コイルとを
併用したボロイダル磁場発生装置が提案されている。

第１図に、そのような従来例のブロック図を示す。ｊ壊
亀導コイル５は設定器１で設定された電流値に励磁され
、一定の磁場を発生する。設鼠器２が設定に応じて電源
制御装置２を＃ＩＪ御し、これに基づいて該電源制御装
置２が励磁電源３を制御し、該励磁電源３によって超電
導コイル５が設定に基づく磁場を発生するのである。ま
た常電導コイル８は、プラズマ位置・形状制御装置７か
らの指令イＩＭに従い、超電導コイル５におけると同様
に電源制御装置２及び励磁電源３を介して制御され、プ
ラズマの挙動に応じて変化する磁場を発生する。

プラズマの挙動は、プラズマ位１ｋ・形状検／ｆｌ器９
により検知されて、これに基づきプラズマ位置・形状制
御装置７が適切な制御信号を出し、もってプラズマを所
定の位置・形状に補正するのである。

このように本従来例では、超電導・常電導の両コイルの
合成磁場によってプラズマを制御する。

この場合、８賛磁場の大部分を超電導コイルが分担する
ので、小屯力で強力な磁界を発生させることができる。

ところが超電導コイルは、電流値・温度・歪または外部
磁場等が要因となって、常電導転移することがあるとい
う性質をもつ。このため、通常、第２図に示されるよう
な保護Ｉｉ２回路を設けている。

この保護回路は、第２図図示の如く、常電導転移検出器
１３が超電導コイル５の常電導転移を検出すると、その
旨の１６号を保護用制御装置１０に送り、該保護用制御
装置１０は電源制御装置２に減磁指令Ａを発してこれに
より励磁電源３を制御して励磁電流を減少させる。一般
に、コイル電流が大きい程常１導転移部分が拡大する速
度が太きｂことが知られているからである。このように
して常電導部分の拡大を防ぐと共に、回復を待つ。

しかじ減磁を行っても回復しなかったシ、更に常電導部
分が拡大した場合には、保護用制御装置１０は遮断指令
Ｂを出して遮断器１１を遮断し。

超電導コイル策流を通断する。このとき超電導コイル５
に蓄積されたエネルギは、放電抵抗１２で消費させる。

常電導転移検出器１３による検出は、電位差の変化によ
るのが最も簡単である。その他、磁束変化や、ヘリウム
蒸発圧力の変動などによっても検知できる。

しかし上述のように、第４図のボロイダル磁場発生装置
に第２図の保護装置を適用した場合、次の（１）、　（
２）の問題が残っている。即ち。

（１）プラズマ制御期間中に超電導コイル５が常電導転
移して保護装置が作動し、減磁された場合、心安とする
磁場が得られなくなる。

（２）更に′鱈電導転移が進んで超電導コイルを流を遮
断した場合、磁束の急激な変化によって常電導コイル８
に誘導電流が発生し、常電導コイル８が過電流になるこ
とが考えられる。

この（２）のｒ１８題点については、第５図によシ理解
することができる。即ち、超電導コイル５と常電導コイ
ル８は、共に同一方向の磁束１６を発生するよう励磁さ
れかつ配置されており、従って両コイル５，８間の電磁
気的な結合は密である。このような状態で、遮断器１１
を遮断すると、超電導コイル５の励磁電流は急速に減少
する。よって、これによる磁束１６の減少を補う向きの
電流が常電導コイル８に誘導される。ところで超電導コ
イルの励磁電流は非常大きい。従ってとの誘導電流によ
す常電導コイル回路が過電流になることは、十分起り得
ることである。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して
、＠電導コイルが常電導転移した場合に保護動作を行っ
ても、そのプラズマ制御や常電導コイルに与える影響を
きわめて小さくすることがでさるボロイダル磁場発生装
置を提供することにある。

この目的を達成するため１本願に係る第１の発明におい
ては、超′戚碑コイルの常電導転移に対する保衾価作と
して超酸専コイルを減磁した場合には、常電導コイルの
励磁電流を一時的に増加させ、これにより磁場の不足分
を補う構成とする。

また本願に係る第２の発明においては、更に保膿動作が
超電導コイル電流遮断に至った場合には、該遮断信号に
より常電導コイル励磁電源をインバータ運転し、これに
より常電導コイルに発生する誘４Ｙｆ、流を取除く構成
とする。

以下、本発明の一実施例を第３図及び第４図により説明
する。この例は本発明を核融合装置におけるプラズマの
位置・形状を制御するだめのボロイダル磁場発生装置に
適用したものである。

本装置は、プラズマ６の位置・形状をプラズマ位置・形
状検出器９で検知し、この検知に基づいて該プラズマ６
を所定の位置・形状に補正するだめに磁場を発生する常
電導コイル８と、一定の磁場を発生する超電導コイル５
とを備えている。また、超妊専コイル５が常電導転移し
たときには、これを常電導転移検出器１３で検知して、
コイル電流を小ならしめて常電導転移を収めるべく保護
用制御装置１０に信号Ｃを送り、これによって該制御装
置１０から減磁指令Ａヶ発して、超電導コイル５を減磁
する。この場合、常電導コイル８の方にも指令Ａ′を〜
らし、該指令Ａ′により常電導コイル８のＩ紡磁電流を
一時的に増力口させ、これにより磁場の不足分を補うよ
うにする。

更に本装置釘は、超電導コイル５の常電導転移が進んだ
とき、保護用制御装置１０が通断指令Ｂを発して幀屯尋
コイル電流を遮断するが、この場合その遮ＷＴ信号Ｂ′
を常電導コイル８のがわにも送って、常電導コイル励磁
電源３をインバータ運転し、これにより常電導コイル８
に発生する誘導電流を取除くようにしである。

更に詳しく述べれば１本実施例の具体的な構造は次のよ
うになっている。

プラズマ位置・形状制御装置７は７．プラズマ６の実際
の状態を検知するプラズマ位置・形状検出器９の信号Ｃ
を入力して、目標値との差を求め、プラズマ６を所定の
位置・形状に保持するために必要なｔ流目標値信号りを
出力する。電源制御製置解２２は、この電流目標値信号
りを受けて、’Ｍ電碑コイル８の電流が該目標値になる
ように５励磁篭源３２をフィードバック制何１する。こ
のような機構によって、プラズマ６を常Ｘ４コイル８に
より補正し、その位１ｄ・形状をノ肯定のものに制御す
るものである。

一方超屯害コイル５の方は１一定の磁場を発生するだめ
のものであシ、設ボ器１で設定された一定岨流に励磁さ
れている。この超電導コイル５の常電導転移に対処する
ため、保腫装置が備えられているのであって１本実施例
ではこれは常電導転移検出器１３．保護用制御装置１０
．ｓ断器１１及び放電抵抗１２から構成される。

以下に、超１に尋コイル８が常′亀尋転移した場合の、
この保護装置の作動について説明する。まず、辿宮の状
態においては、超重：導コイル５には第４図（ａ）の如
く一定奄流を流している。一定の磁場をＴ４するためで
ある。常電導コイル８の方には、前述（９） のようにプラズマ６の挙動に応じたＡ整電流を流してお
り、第４図（ｂ）に示すとおりである。このように超屯
寺コイル５．常電尋コイル８に各々一定′亀流、調整電
流を分担して流しているのであり、両者の′電流による
合成磁場は第４図（Ｃ）のようになる。

ところが超電導コイル５が常電導転移すると。

そのことを′惠厩纒転；１多横出器１３がイ炙出して、
その旨の匿号Ｅ全保護用制御装置１ｏに送る。この制御
装に１０は、該情−号ＥＫ基づき％超市導コイル５を減
ｆ眠すべく減磁め指令Ａを発する。この減磁指令Ａが、
ｙＪ、算器１４を介して電源制御製置２１にソｏＪ値畦
１Ｍ３１を制御させ、超電導コイル５の電流全滅らし、
もってコイル５を減磁する。いま。

第４図（ｄ）に示すようにとの減磁指令ＡＫ基づき電流
を減らｒ分をΔ１ｓとした場合、常電導コイル８の方に
どれだけの電流を増加させれば１合成磁場全変化なく維
持できるかを考える。増加させるべきこの電流分がわか
九ば、この分を補正器１７ｒ（て補正して常市悸コイル
８に与えれば゛よいこと（ｌＯ） になる。

超電導コイル５のインダクタンス、電流値１発生磁束を
それぞれＬ＃ｇＩ１ｇ　φ、とし、常電導コイルのイン
ダクタンス、電流値１発生磁束をそれぞれＬＮ、ＩＮ、
　φ、とすると。

超電導コイル５をΔ■、減磁した場合の磁束の減少分は であるから、常電導コイルの発生する磁束をΔφ８だけ
増加すれば１両コイルの発生する合成磁場に変化はない
ことになる。この場合、常電導コイルに流す電流ＩＮ’
は。

（１１） より、 となる。よって、常電導コイル８の電流増加分はル８の
電流をこのように増加させればよいのであるから、＠３
図における補正器１７としては係数がＬＮ／Ｌ−の乗算
器を用意すれはよい。この補正器１７の指令に基づき加
算器１５を介して電源制皿装ｗ、２２を作用させること
により、プラズマ６自体にも何ら影響を与えず、かつ′
だ電導コイル８にも何ら悪影響を与えることなく、超電
導コイル５の常電導転移に確実容易に対処できるのであ
る。

また、更に常電導転移が進んで、保護用制御装置１０か
ら通断指令Ｂが出されて遮断器１１によ（１２） シ超′成導コイル５の電流が切られる場合、同じ指令信
号Ｂ′を常電導コイル励磁電源制御装置２２へも入力す
る。同電源制御装置２２は、この信号Ｂ′に基づき、常
電導コイル励磁電源３２をインバータ運転して、誘導電
流を交流側へ回生し、直流過′亀流を未然に防ぐ。即ち
第５図からもわかるように、遮断器１１にて超電導コイ
ル５の電流を遮断することにより、対応する励磁電源３
２の電流は放電抵抗１２に放電されて消費されるが、こ
の時同時に、常電導コイル励磁電源３２がインバータ運
転されるので、誘導Ｊ？Ｉｔ流は交流側に回生じ。

もって直流過電流は未然に防がれる。（図中１６は磁束
テある。また、４は電流検出器である）。

上記説明したとおシ本実施例によれば、プラズマ制御に
影響を与えないで、減磁による超電導コイルの保護動作
を行うことができる。かつこの実施例はまた、超電導コ
イル電流をしゃ断した場合にも、常電導コイルに誘導電
流による過′ｄＬ＃、の発生するのを未然に防ぐことが
できるという作用効果を有する。

（１３） 上述の如く、本発明のボロイダル磁場発生装置は、超電
導コイルの常電導転移に対する保護動作として超電導コ
イルを減磁した場合に、常電導コイルの励磁電流を一時
的に増加させ、これによシ磁揚の不足分を補う構成とし
たことを特徴とするものであるので、プラズマ自体にも
常電導コイルにも何ら影響を与えないので、プラズマ制
御や常電導コイルへの悪影響なく、超電導コイルの常電
導転移に対する保腹を達成することができるという効果
を奏する。更に上記構成に加えて、超電導コイルの常電
導転移に対する保護動作として超電導コイル電流を遮断
した場合、該遮断信号によシ常電導コイルｗＪ磁箪源を
インバータ運転し、これによシ常電導コイルに発生する
誘導電流を取除く構成とした発明にあっては、直流過電
流を未然に防ぎ得るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のボロイダル磁場発生装置のブロック図、
第２図は従来の超［４コイルの保護装置のブロック図で
ある。薗３図は本発明の一実施例（１４） を示すブロック図、第４図（ａ）乃至（ｅ）は各々該実
施例の作用を示す図である。′ｆＪ５図は磁場発生装置
の作用を説明する図である。 ５・・・超−１４コイル、６・・・プラズマ、８・・・
？ｉ［４コイル、１０・・・保護用制御装置、１１・・
・遮断器。 代理人　弁理士　秋本正実 （１５） 弔ｊ　図 弔　２　図 ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プラズマの位置・形状の検知に基づいてこのプラズ
   マを所定の位置・形状に補正する磁場を発生する常電導
   コイルと、一定の磁場を発生する超電導コイルとを備え
   て構成されるポロイダル磁場発生装置において、超電導
   コイルの常電導転移に対する保＠動作として超電導コイ
   ルを減磁した場合に、常電導コイルの励磁電流を一時的
   に増加させ、これによシ磁場の不足分を補う構成とした
   ことを特徴とするポロイダル磁場発生装置。 ２、プラズマの位置・形状の検知に基づいてこのプラズ
   マを所定の位置・形状に補正する磁場を発生する常電導
   コイルと、−足の磁場を発生する超電導コイルとを備え
   て構成されるポロイダル磁場発生装置において、超電導
   コイルの常電導転移に対する保護動作として超電導コイ
   ルを減磁した場合に、常電動コイルの励磁電流を一時的
   に増加させ、これによシ磁場の不足分を補う構成とする
   とともに、更に該超電導コイルの常電導転移に対する保
   護動作として超電導コイル電流を遮断した場合に、該遮
   断信号によシ常電導コイル励磁電源をインバータ運転し
   、これにより常電導コイルに発生する誘導電流を取除く
   構成としたことを特徴とするポロイダル磁場発生装置。