(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、該真空容器の外周部に配置されたトロイダル磁場コイルとを備え、前記真空容器とトロイダル磁場コイルとの間に磁場調整用の強磁性体部材が配置されている核融合装置において、
前記強磁性体部材が、トロイダル磁場コイルのトロイダル方向幅の内側位置で複数に分割され、かつ分割によって生じた隙間のトロイダル方向幅が前記強磁性体部材の小半径方向幅程度以上に形成されていることを特徴とする核融合装置。
【請求項２】
真空容器と、該真空容器の外周部に配置されたトロイダル磁場コイルと、ポロイダル磁場コイルとを備え、前記真空容器とトロイダル磁場コイルとの間に磁場調整用の強磁性体部材が設けられている核融合装置において、
前記強磁性体部材が、トロイダル磁場コイルと同程度の幅を有するように形成されるとともに、前記ポロイダル磁場コイルの巻回方向に複数に分割され、かつ分割によって生じた隙間のトロイダル方向幅が前記強磁性体部材の小半径方向幅程度以上に形成されていることを特徴とする核融合装置。
【請求項３】
真空容器と、該真空容器の外周部に配置されたトロイダル磁場コイルと、ポロイダル磁場コイルとを備え、前記真空容器とトロイダル磁場コイルとの間に磁場調整用の強磁性体部材が配置されている核融合装置において、
前記強磁性体部材を、強磁性体部材のトロイダル方向幅の内側位置における強磁性体部材のポロイダル断面を貫く磁束のトロイダル方向分布が、極小値を持つ磁束分布となるように形成し、かつ該極小値を持つための構造を有する領域が前記強磁性体部材の小半径方向幅程度以上に形成されていることを特徴とする核融合装置。
【請求項４】
真空容器と、該真空容器の外周部に配置されたトロイダル磁場コイルと、ポロイダル磁場コイルとを備え、前記真空容器とトロイダル磁場コイルとの間に磁場調整用の強磁性体部材が配置されている核融合装置において、
前記強磁性体部材が、前記トロイダル磁場コイルと同程度のトロイダル方向幅に形成されるとともに、トロイダル磁場コイルのトロイダル方向幅の内側位置で複数に分割され、かつ分割によって生じた隙間のトロイダル方向幅が、強磁性体部材の小半径方向幅程度以上に形成されていることを特徴とする核融合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は核融合装置に係わり、特にトロイダル磁場コイルと真空容器との間に磁場調整用の強磁性体部材を備えている核融合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に採用されているこの種の核融合装置、例えばトカマク型核融合装置は、図２に示されているように構成されているのが普通である。すなわち、図中１は主プラズマであり、２はトロイダル磁場コイル、３はポロイダル磁場コイル、４はブランケット、５は真空容器、６はポロイダル磁場コイルの一つである中心ソレノイドコイルである。
【０００３】
トカマク型核融合装置では、中心ソレノイドコイル６の電流を１次側、真空容器内部を２次側とした変流器の原理を用いて、燃料ガスである重水素と三重水素を充填した真空容器内部に発生する高い電場により、燃料ガスプラズマの生成並びにプラズマ電流の駆動をしている。
【０００４】
高温プラズマは、固体容器では閉じ込めることができないため、トロイダル磁場コイル２、ポロイダル磁場コイル３およびプラズマ電流により作られる磁場を用いてプラズマを閉じ込める。中心ソレノイドコイル６の電流により駆動されたプラズマ電流はプラズマ抵抗によるジュール熱で加熱され、さらに図示しない外部の加熱装置により、核融合反応を引き起こさせる状態まで追加熱される。核融合反応の際に発生する高エネルギの中性子をブランケット４で吸収し、このブランケット４で中性子の運動エネルギを熱エネルギに変換し、さらにタービン等で電気エネルギに変換する。
【０００５】
トロイダル磁場コイル２は、プラズマの計測や追加熱などの目的で、真空容器５の外部から主プラズマ１へアクセスするために、隙間を空けて離散的に設置される。そのため、トロイダル磁場強度がトロイダル方向に一様でなくなり、トロイダル磁場コイル２の電流中心を含むポロイダル断面上で強く、隣接するトロイダル磁場コイル間のなすトロイダル角を２等分するポロイダル断面上で弱くなる。このような磁場強度の変動が生じると、プラズマが主プラズマ１から外へ散逸しやすくなることがわかっている。
【０００６】
さらに、そのプラズマが散逸する割合は、その変動をトーラス一周に渡ってトロイダル角に関するフーリエモードに分けた場合、各モードの次数と振幅との積に比例する事もわかっている。（文献：J.Wesson:Tokamaks  Oxford Univ. Press (1987)）そこで、従来ではその磁場強度の変動の振幅を低減するために、トロイダル磁場コイル２と真空容器５の間に、強磁性体板を設置する手法が取られてきた。
【０００７】
図３は、その強磁性体板７が設置された核融合装置の要部水平断面図である。この強磁性体板７は、トロイダル磁場コイル２毎に設置され、トロイダル磁場コイル２と同程度のトロイダル方向の幅を有し、かつトロイダル方向に連続な形状をなしている。
【０００８】
図４には、従来の強磁性体板７を設置する前と設置した後のプラズマ表面位置におけるトロイダル磁場強度のトロイダル角依存性が示されている。縦軸がトロイダル磁場強度、横軸がトロイダル角度を表し、トロイダル磁場コイル２の電流中心を含むポロイダル断面から、隣接するトロイダル磁場コイル間のトロイダル角を２等分するポロイダル断面までのトロイダル角を示している。
【０００９】
図中点線８が、強磁性体板７を設置する前の主プラズマ１の境界位置付近のトロイダル磁場強度分布で、実線９が、強磁性体板７を設置した後のトロイダル磁場強度分布である。なお、ここでは、隣接するトロイダル磁場コイル間のトロイダル角をψとした。
【００１０】
グラフの左下に従来技術の強磁性体板７とトロイダル磁場コイル２の相対位置を模式的に示す。この図から明らかなように、強磁性体板７を用いない場合と比べ、強磁性体板７の小半径方向内側位置（トロイダル角０度）のトロイダル磁場が減少し、隣接するトロイダル磁場コイル間の中間位置（トロイダル角ψ／２）でのトロイダル磁場が増加していることが分かる。すなわち、トロイダル磁場強度の変動の振幅が低減されていることが分かる。
【００１１】
なお、この種の核融合装置に関連するものとしては、例えば特開平８−２５４５８４号公報あるいは特開昭６２−３５２８５号公報などが挙げられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマが主プラズマ１から散逸する割合は、先述したようにトロイダル磁場強度をトーラス一周に渡ってトロイダル角に関するフーリエモードに分けた場合、それぞれのモードの振幅と次数の積に比例する。図４を見ると、トロイダル磁場コイルと同じ数の次数を持つフーリエモードの振幅は減少しているが、トロイダル磁場コイル２の電流中心を含むポロイダル断面位置（トロイダル角０度）でトロイダル磁場強度が減少しており、より高次のフーリエモードの振幅が、大きくなっていることがわかる。振幅が小さくてもフーリエモードの次数が大きいので核融合装置の性能向上を図る上で無視することはできない。
【００１３】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、トロイダル磁場コイルと同じ数の次数を持つトロイダル磁場強度のフーリエモードの振幅が小さいことは勿論、高次のフーリエモードの振幅も小さいこの種の核融合装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、真空容器と、該真空容器の外周部に配置されたトロイダル磁場コイルとを備え、前記真空容器とトロイダル磁場コイルとの間に磁場調整用の強磁性体部材が配置されている核融合装置において、前記強磁性体部材を、トロイダル磁場コイルのトロイダル方向幅の内側位置で複数に分割するようにし、かつ分割によって生じた隙間のトロイダル方向幅を、前記強磁性体部材の小半径方向幅程度以上に形成するようにし、所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１５】
また本発明は、真空容器と、該真空容器の外周部に配置されたトロイダル磁場コイルと、ポロイダル磁場コイルとを備え、前記真空容器とトロイダル磁場コイルとの間に磁場調整用の強磁性体部材が設けられている核融合装置において、前記強磁性体部材を、トロイダル磁場コイルと同程度の幅を有するように形成するとともに、前記ポロイダル磁場コイルの巻回方向に複数に分割し、かつ分割によって生じた隙間のトロイダル方向幅を、前記強磁性体部材の小半径方向幅程度以上に形成するようにしたものである。
【００１６】
また、真空容器と、該真空容器の外周部に配置されたトロイダル磁場コイルと、ポロイダル磁場コイルとを備え、前記真空容器とトロイダル磁場コイルとの間に磁場調整用の強磁性体部材が配置されている核融合装置において、前記強磁性体部材を、強磁性体部材のトロイダル方向幅の内側位置における強磁性体部材のポロイダル断面を貫く磁束のトロイダル方向分布が、極小値を持つ磁束分布となるように形成し、かつ該極小値を持つための構造を有する領域が前記強磁性体部材の小半径方向幅程度以上となるように形成したものである。
【００１７】
また、真空容器と、該真空容器の外周部に配置されたトロイダル磁場コイルと、ポロイダル磁場コイルとを備え、前記真空容器とトロイダル磁場コイルとの間に磁場調整用の強磁性体部材が配置されている核融合装置において、前記強磁性体部材を、前記トロイダル磁場コイルと同程度のトロイダル方向幅に形成するとともに、トロイダル磁場コイルのトロイダル方向幅の内側位置で複数に分割し、かつ分割によって生じた隙間のトロイダル方向幅を、強磁性体部材の小半径方向幅程度以上に形成したものである。
【００１８】
すなわちこのように形成された核融合装置であると、強磁性体部材は、そのトロイダル方向幅がトロイダル磁場コイルと同程度に形成され、かつトロイダル磁場コイルのトロイダル方向幅の内側位置で分割された構造をしているか、あるいは強磁性体板のトロイダル方向幅の内側位置における強磁性体板のポロイダル断面を貫く磁束のトロイダル方向分布が、極小値を持つ分布となる様な構造に形成されていることから、上記構造を有する部分から磁束が漏れ出してくるため、従来の強磁性体部材を用いた場合よりも、強磁性体位置より主半径方向内側位置でのトロイダル磁場を強くすることができ、したがって、トロイダル磁場コイルの数より多い次数のフーリエモードの振幅を小さくすることができるのである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはその核融合装置の要部が断面で示されている。５が真空容器であり、２が真空容器５の周囲に設けられているトロイダル磁場コイル、１２が真空容器５とトロイダル磁場コイル２の間に設けられている強磁性体板（強磁性体部材）である。
【００２０】
強磁性体板１２は、各トロイダル磁場コイル２毎に設置され、特にトロイダル磁場強度の振幅を低減したい領域にできるだけ近い場所で、トロイダル磁場コイル２と真空容器５の間の空間に設置される。また、この強磁性体板１２には、トロイダル方向（この図では上下方向）に隙間１１が設けられている。
【００２１】
この強磁性体板の隙間１１は、より高次のトロイダル磁場のフーリエモードの振幅が問題になる場合には、トロイダル方向に複数箇設けるようにする。なお、この強磁性体の隙間１１は、常に空隙でなければならないわけではなく、磁気的に隙間であればよく、例えば強磁性体板の間に非磁性体を挟んだ構造、あるいは強磁性体板のトロイダル方向幅の内側位置における、強磁性体板のポロイダル断面を貫く磁束のトロイダル方向分布が、極小値を持つ分布となるような構造で、しかも上記構造を有する領域のトロイダル方向幅が強磁性体板の小半径方向幅程度以上である構造としてもよい。
【００２２】
次に、図５を用いて、本実施例での作用を説明する。この図は本実施例の強磁性体板を用いた場合のプラズマ境界付近のトロイダル磁場のトロイダル角依存性を示した図である。１０で示す太い実線が本発明の強磁性体板による磁場分布図である。グラフの左下に本実施例であるそのトロイダル方向幅の中央付近で分割された強磁性体板と、トロイダル磁場コイルの相対位置を模式的に示す。比較のために、従来の強磁性体を用いた場合と強磁性体がない場合の磁場分布図も合わせて示す。
【００２３】
このような構成であると、分割された部分から磁束が漏れ出してくるため、従来の強磁性体板を用いた場合よりも、強磁性体位置より小半径方向内側位置(トロイダル角０度)でのトロイダル磁場を強くすることができる。したがって、トロイダル磁場コイルの数より多い次数のフーリエモードの振幅を低減できる。
【００２４】
図６には本発明の別の実施例の一組の強磁性体板１３の鳥瞰図が示されている。設置場所は図１で示す場所と同様に、トロイダル磁場強度の振幅を低減したい領域にできるだけ近い場所で、トロイダル磁場コイル２と真空容器５との間である。１５はトロイダル方向を、１６は小半径方向を表す。この一組の強磁性体板１３は、トロイダル方向幅の一部分に非磁性体板１４を挟んだ構造をしている。
【００２５】
図７には本発明のさらに別の実施例の強磁性体板１７の鳥瞰図が示されている。設置場所は図１で示す場所と同じで、トロイダル磁場強度の振幅を低減したい領域にできるだけ近い場所で、トロイダル磁場コイル２と真空容器５との間である。この強磁性体板１７は、トロイダル方向幅の一部分に、小半径方向板厚が他の領域より薄くなっている領域１８を有する構造をしている。
【００２６】
図８には本発明のさらに別の実施例である一組の強磁性体を設置した核融合装置の断面図が示されている。設置場所は図１に示す場所と同じで、トロイダル磁場強度の振幅を低減したい領域にできるだけ近い場所で、トロイダル磁場コイル２と真空容器５の間の空間に設置する。図１に示す実施例との違いは小半径方向に複数の強磁性体板をした事である。この一組の強磁性体板１９は、トロイダル方向に隙間１１を開ける。この隙間のトロイダル方向幅は、強磁性体板の小半径方向幅を合計した長さ程度以上とする。
【００２７】
以上種々例を挙げて説明してきたように、このように形成された強磁性体板であると、この特殊な構造をした部分から磁束が漏れ出してくるため、強磁性体位置より主半径方向内側位置でのトロイダル磁場を強くすることができ、トーラス一周に渡るトロイダル磁場強度分布のトロイダル角に関するフーリエモードの内トロイダル磁場コイルと同じ数の次数より高次のモードの振幅を低減することができるのである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、トロイダル磁場コイルと同じ数の次数を持つトロイダル磁場強度のフーリエモードの振幅が小さく、かつ高次のフーリエモードの振幅も小さいこの種の核融合装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の核融合装置の一実施例を示す要部破断斜視図および要部横断平面図である。
【図２】トカマク型核融合装置の鳥瞰図である。
【図３】従来の核融合装置の要部を示す縦断側面図である。
【図４】従来の強磁性体板を設置する前後のプラズマ表面位置のトロイダル磁場のトロイダル角依存性を示す図である。
【図５】本発明の強磁性体板を設置した場合のプラズマ表面位置のトロイダル磁場のトロイダル角依存性を示す図である。
【図６】本発明の核融合装置に用いられる一組の強磁性体板の一実施例を示す鳥瞰図である。
【図７】本発明の核融合装置に用いられる一組の強磁性体板の他の実施例を示す鳥瞰図である。
【図８】本発明の核融合装置の要部の他の実施例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１…主プラズマ、２…トロイダル磁場コイル、３…ポロイダル磁場コイル、４…ブランケット、５…真空容器、６…中心ソレノイドコイル、７…強磁性体板、８…強磁性体を設置する前のプラズマ表面位置のトロイダル磁場強度のトロイダル角依存性、９…強磁性体を設置した後のプラズマ表面位置のトロイダル磁場強度のトロイダル角依存性、１０…強磁性体を設置する前のプラズマ表面位置のトロイダル磁場強度のトロイダル角依存性、１１…強磁性体板の間の隙間、１２…強磁性体板、１３…強磁性体板、１４…非磁性体板、１５…トロイダル方向、１６…小半径方向、１７…強磁性体板、１８…周りより小半径方向幅が薄くなっている領域、１９…強磁性体板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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