JPS597955B2 - ト−ラス形核融合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトーラス形核融合装置に係り、特に、巨大な電
磁力が加わるものに好適なトーラス形核融合装置に関す
る。

一般に、トーラス形核融合装置は円環状の真空容器を中
央に配設し、この真空容器の外周に多数のトロイダルコ
イルを放射状に配設するとともに、該トロイグルコイル
の内外に垂直磁鳴コイルを設けてなる。

しかして、このようなトーラス形核融合装置によるプラ
ズマの閉じ込めは、トロイダルコイルによる磁界により
真空容器内にプラズマを形成せしめ、このプラズマを変
流器でジュール加熱を行ない、かつ、垂直磁場コイルで
安定させるようにしていた。

ところで、近年、トーラス形核融合装置は増々犬形化の
傾向をたどっており、このため発生する電磁力はトーラ
ス中心方向に数千トン、またトーラス円周方向に数百ト
ンにもなり、この巨大な電磁力に耐える構造が必要にな
ってきた。

従来のトーラス形核融合装置の構造を第１図により説明
する。

該図において、下部ベース１は床面２に立設された架台
３上に支持されており、この下部ベース１と断面コ字上
の外枠４を介して連結されている上部ベース５とにより
トロイダルコイルサポート６が上下方向から挾持され、
安定的に支持されている。

このトロイダルコイルサポート６内には、該トロイダル
コイルサポート６により保持されたトロイダルコイル７
が放射状に多数配設されており、これらのトロイダルコ
イル７の中心部には円環状の真空容器８が配設されてい
る。

しかして、この真空容器８の内部にはトロイダル磁界に
よりプラズマ９が形成され、密封閉じ込め保持されてい
る。

更に、トーラス外側には前記下部ベース１、および上部
ベース５に突設されたサポート１０，１１により垂直磁
場コイル１２．１３が上下対称に配設されており、この
垂直磁場コイル１２，１３で前記真空容器８内のプラズ
マ９を安定させるようになっている。

また、トーラス中心側には、同じく前記下部ベース１、
および上部ベース５に突設されたサポート１４．１５に
より巻戻しコイル１６．１７が上下対称に配設されてお
り、この巻戻しコイル１６．１７により変流器よりの誘
導電圧を防止するようになっている。

トーラス中心部には鉄心１８、および変流器コイル１９
が配設されており、前記真空容器８内のプラズマ９をジ
ュール加熱するようになっている。

また、前記上部ベース５、および下部ベース１の上下位
置にはシールド板２０．２１が上下対称に配設されてお
り、前記プラズマ９への散乱磁場を防止するようになっ
ている。

なお、第１図中、符号ＦＲはトーラス中心方向に働く電
磁力である。

しかしながら、従来のこのような構成だと、トーラス中
心方向に働く電磁力ＦＲに対しては、前記下部ベース１
、及び上部ベース５とトロイダルコイル７の中心との距
離が大きくなるため、トロイダルコイル７に過大な曲げ
応力が作用してしまう。

このため、前記下部ベース１、及び上部ベース５には内
側に、それぞれ突起１ａ，５ａを設けてトーラス中心方
向に働く電磁力Ｆ’Ｒを受けるようにしているが、この
ような突起１ａ，５ａでは電磁力ＦＲが大きくなれば耐
えられなくなる。

また、前記トーラス中心方向の電磁力ＦＲを支持するた
めに、トーラス中心部に円形のブロック（図示せず）を
設けることが考慮されたが、前記鉄心１８を設ける必要
があるため相互干渉が生じ、ブロックを設けることは不
可能である。

一方、第２図に１個のトロイダルコイルＩから発生する
トーラス円周方向の電磁力の分布を示し、これらの電磁
力の平均値がＦＬで示されている。

なお、図中６ａはトロイダルコイルサポート６の上部を
、６ｂはトロイダルコイルサポート６の下部を示してい
る。

該図の如く、前述した構成によれば、下部ベース１、お
よび上部ベース５により挾持されたトロイダルコイルサ
ポート６にトロイダルコイル７が保持されていることに
より、トーラス円周方向に働く電磁力が図示矢印の如く
分布することになり、トロイダルコイルサポート６の下
部６ｂの支持位置と荷重点との距離，／−１が大きく、
トロイダルコイルサポート６とトロイダルコイル７とに
作用する曲げ応力が大きくなってしまう。

しかして、下部ベース１、及び上部ベース５は外枠４を
介して連結されているが、この外枠４は、全体のトーラ
ス回転方向の動きを減少せしめるのみであり、外枠４の
存在によってもトロイダルコイル７に作用するトーラス
円周方向の電磁力による曲げ応力は減少しない。

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、巨大な電磁力が働くことによるトーラス中
心方向に作用する力を支持すると共に、トーラス円周方
向の曲げ応力を減少することのできるトーラス形核融合
装置を提供するにある。

本発明は内部にプラズマを収納するほぼ円環状の真空容
器を増り囲み、かつ、トーラス周方向に所定間隔をもっ
て複数個配置されるトロイダルコイルの各々の外周囲を
覆って保持するトロイダルコイルサポートを、トロイダ
ルコイル側とは反対側の周囲の上下方向、及びトーラス
内側と外測方向に突出する突出部を形成すると共に一体
的に形成して断面外周囲形状をほぼ十字状に形成し、か
つ、該トロイダルコイルサポートの上下部を支持するた
め、前記真空容器のトーラス周方向に沿って上下に配置
される円盤状の上下ベースを断面略ハット形に形成し、
この断面略ハット形の上下ベースの凹部でトロイダルコ
イルサポートの上下方向の突出部を覆って支持すると共
に、上下ベースの先端部にトーラス内側と外側に突出す
るフランジ部を有し、該フランジ部で前記トロイダルコ
イルサポートのトーラス内側と外側に突出している突出
部を保持することにより所期の目的を達成するようにな
したものである。

以下、図面の実施例に基づいて本発明を詳細に説明する
。

尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用する。

第３図に本発明の一実施例を示す。

該図の如く、本実施例では、各トロイダルコイル７の外
周囲を覆って保持しているトロイダルコイルサポート３
６の各々に、トロイダルコイルＴ側とは反対側の外周囲
が上下方向、及びトーラス内側と外側方向に突出する突
出部３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄを形成し、かつ、
この突出部３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄは一体的に
成すと共に、断面外周囲形状をほぼ十字状に形成してい
る。

更ニ、コノトロイダルコイルサポート３６を支持する上
部ベース４５と下部ベース４１は互に対称に形成され、
かつ、上部ベース４５はその内外周縁において、それぞ
れリング状ベース部２２．２３が一体的に形成され、こ
のリング状ベース部２２，２３は下部ベース４１側方向
にやや伸延され、その伸延端にフランジ部２２ａ，２３
ａをそれぞれ有し断面略ハット形に形成されており、全
周同一構造となっている。

一方、下ベース１も同様にリング状ベース２４，２５，
およびフランジ部２４ａ，２５ａをそれぞれ有し全周同
一構造の断面略ハット形に形成している。

そして、このような形状の上部ベース４５の凹部でトロ
イダルコイルサポート３６の上方突出部３６Ａを覆い、
下部ベース４１の凹部でトロイダルコイルサポート３６
の下方突出部３６Ｂを覆って支持している。

この際、上部ベース４５と下部ベース４１の先端部に設
けられ、トーラス内側と外側にそれぞれ突出している各
フランジ部２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａの内面でト
ロイダルコイルサポート３６のトーラス内側と外側に突
出している突出部３６Ｃ，３６Ｄを保持している。

従って、トーラス中心方向に働くトロイダルコイル７の
電磁力ＦＲは、上下部ベース４１．４５のリング状ベー
ス部２２．２４の内側面２６，２７でトロイダルコイル
サポート３６を支持することにより受けることができ、
また、トーラス円周方向に働くトロイダルコイル７の電
磁力Ｆｔは、上下ベース４１．４５の全周一定の深さの
平坦な底面２８．２９と、フランジ部２２ａ，２３ａ，
２４ａ，２５ａのフランジ面３０，３１，３２，３３で
トロイダルコイルサポート３６を支持することにより受
けることができる。

尚、垂直磁場コイル１２．１３と巻戻しコイル１６．１
７はリング状ベース部２２，２３，２４．２５にそれぞ
れ増付けられている。

このような本実施例の構成によれば、トーラス中心方向
の電磁力ＦＲに対しては、上部ベース４５，下部ベース
４１がその内周側のリング状ベース部２２．２４の内側
面２６．２７でトロイダルコイルサポート３６を抱持し
ていることにより、トロイダルコイル７に作用する内力
を大幅に減少することができる。

即ち、トロイダルコイル７の中心より支持点が近くにな
り、しかも、上部ベース４５，下部ベース４１のリンク
状ベース部２２，２３，２４，２５の外周が太きいため
接触面圧が小さくなり、剛性が格段に向上するため、ト
ロイダルコイル７に作用する内力を大幅に減少できるの
である。

一方、第４図に第２図と同様１個のトロイダルコイル７
から発生するトーラス円周方向の電磁力の分布を示し、
この電磁力の平均値がＦＡで示されている。

なお、図中３６ａはトロイダルコイルサポート３６の上
部を、３６ｂはトロイダルコイルサポート３６の下部を
示している。

該図から明らかなように、トロイダルコイルサポート３
６の下部３６ｂの支持位置、すなわち７ランジ面３２と
荷重点との距離ｔ２が小さくなり、トロイダルコイル７
とトロイダルコイルサポート３６に作用する曲げ応力は
大幅に減少する。

更に詳述するために、従来のものを示す第２図と本発明
を示す第４図とを比較すると、曲げ変形の一般式により
変形量δは次式で示される。

この式中、曲げこわさ（Ｅ■）、電磁力（Ｆｔ）は従来
のものと本発明とで等しいから、変形量δは距離ｔの３
乗に比例することになる。

すなわち、（ｔ１／ｔ２ ）３となり、４＝１／２Ｌ１
とすると、 となり、距離ｔが１／２になれば８倍の剛性が得られる
ことになる。

従って、トーラス円周方向の曲げ応力が減少するのであ
る。

以上説明した本発明のトーラス形核融合装置によれば、
内部にプラズマを収納するほぼ円環状の真空容器を増り
囲み、かつ、トーラス周方向に所定間隔をもって複数個
配置されるトロイダルコイルの各々の外周囲を覆って保
持するトロイダルコイルサポートを、トロイダルコイル
側とは反対側の周囲の上下方向、及びトーラス内側と外
側方向に突出する突出部を形成すると共に一体的に形成
して断面外周囲形状をほぼ十字状に形成し、かつ、該ト
ロイダルコイルサポートの上下部を支持するため、前記
真空容器のトーラス周方向に沿って上下に配置される円
盤状の上下ベースを断面略ハット形に形成し、この断面
略ハット形の上下ベースの凹部でトロイダルコイルサポ
ートの上下方向の突出部を覆って支持すると共に、上下
ベースの先端部にトーラス内側と外側に突出しているフ
ランジ部を有し、該フランジ部で前記トロイダルコイル
サホートのトーラス内側と外側に突出している突出部を
保持するようにしたものであるから、巨大な電磁力が発
生してもトロイダルコイルに作用するトーラス中心方向
の力を支持できると共に、トーラス円周方向に作用する
曲げ応力は減少して剛性が向上し、従って、通電時の磁
界が安定し、良好なプラズマが得られ此種核融合装置に
採用する場合には非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトーラス形核融合装置を示す縦断面図、
第２図は第１図のＡ−Ａ線による部分断面図、第３図は
本発明に係るトーラス形核融合装置の一実施例を示す縦
断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線による部分断面図で
ある。 １，４１・・・・・・下部ベース、２・・・・・・床面
、３・・・・・・架台、５，４５・・・・・・上部ベー
ス、６，３６・曲件ロイダルコイルサポート、７・・・
・・・トロイダルコイル、８・・・・・・真空容器、９
・・・・・・プラズマ、１２，１３・・・・・・垂直磁
場コイル、２２，２３，２４，２５・・・・・・リング
状ベース部、２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ−フラン
ジ部、３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ・・・・・・突
出部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部にプラズマを収納するほぼ円環状の真空容器と
   、該真空容器を取り囲み、かつ、トーラス周方向に所定
   間隔をもって複数個配置されるトロイダルコイルと、該
   トロイダルコイルの各々の外周囲を覆って保持するトロ
   イダルコイルサポートと、該トロイダルコイルサポート
   の上下部を支持するため、前記真空容器のトーラス周方
   向に沿って上下に配置される円盤状の上下ベースとを備
   え、前記上下ベースを架台を介して床面に支持し前記各
   トロイダルコイルを保持して成るトーラス形核融合装置
   において、前記各々のトロイダルコイルサポートは、前
   記トロイダルコイル側とは反対側の周囲の上下方向、及
   びトーラス内側と外側方向に突出する突出部を形成する
   と共に一体的に形成して断面外周囲形状をほぼ十字状に
   形成し、かつ、前記上下ベースを断面略ハット形に形成
   すると共に、その先端部にトーラス内側と外側に突出し
   ているフランジ部を有し、前記断面略ハット形の上下ベ
   ースの凹部で前記トロイダルコイルサポートの上下方向
   の突出部を覆って支持し、かつ、前記トーラス内側と外
   側に突出しているフランジ部で前記トロイダルコイルサ
   ポートのトーラス内側と外側に突出している突出部を保
   持したことを特徴とするトーラス形核融合装置。