(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝導構造において誘導される不所望の渦電流を低減する方法であって、該方法は、
伝導構造において渦電流の第二セットを誘導する前に、該伝導構造において渦電流の第一セットを誘導する工程であって、該渦電流の第一セットは、該伝導構造における該渦電流の第二セットの誘導の際に該渦電流の第二セットを実質的に打ち消すために、該渦電流の第二セットの分布と実質的に等しくかつ該渦電流の第二セットの分布と符号が反対の分布を有する、工程
を含み、
該伝導構造は、プラズマ閉じ込め容器の壁である、方法。
【請求項２】
伝導構造において渦電流を誘導する工程は、
コイルをランプアップし、全ての渦電流が該伝導構造において減衰するまで該コイルを該伝導構造の周りで一定の電流で保つ工程と、
該コイルへの電流を遮断して、該構造を通して磁束を維持する前記渦電流の第一セットが該伝導構造において励起することを可能にする工程と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プラズマを前記伝導構造に移動させる工程をさらに含み、移動する該プラズマは、該伝導構造に磁束を注入し、該磁束は、該伝導構造における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該伝導構造において誘導する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プラズマを前記伝導構造に移動させる工程をさらに含み、移動する該プラズマは、該伝導構造に磁束を注入し、該磁束は、該伝導構造における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該伝導構造において誘導する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
伝導構造において渦電流を誘導する工程は、
前記渦電流の第一セットを該伝導構造において生成するために、コイルをランプアップし、該伝導構造の周りで一定の電流で保つ工程と、
プラズマを該伝導構造に移動させる工程であって、移動する該プラズマは、該伝導構造に磁束を注入し、該磁束は、該伝導構造における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該伝導構造において誘導する、工程と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
プラズマ閉じ込め容器壁において誘導される不所望の渦電流を低減するシステムであって、該システムは、
壁および内部を有するプラズマ閉じ込め容器と、
該プラズマ閉じ込め容器の周りに位置づけられている複数のコイルと、
該複数のコイルに結合され、かつ、渦電流の第二セットが該プラズマ閉じ込め容器の該壁において誘導される前に、該プラズマ閉じ込め容器の該壁において渦電流の第一セットを誘導するように構成されている制御システムであって、該渦電流の第一セットは、該プラズマ閉じ込め容器の該壁における該渦電流の第二セットの誘導の際に該渦電流の第二セットを実質的に打ち消すために、該渦電流の第二セットの分布と実質的に等しくかつ該渦電流の第二セットの分布と符号が反対の分布を有する、制御システムと
を備える、システム。
【請求項７】
前記制御システムは、前記複数のコイルをランプアップし、前記プラズマ閉じ込め容器の前記壁における全ての渦電流が減衰するまで該複数のコイルを一定の電流で保ち、そして該複数のコイルへの電流を遮断して、該プラズマ閉じ込め容器を通して磁束を維持する前記渦電流の第一セットが該プラズマ閉じ込め容器の該壁において励起することを可能にするようにさらに構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記プラズマ閉じ込め容器の端部に取り付けられた形成部をさらに備え、前記制御システムは、該形成部から該プラズマ閉じ込め容器の前記内部にプラズマを移動させるようにさらに構成され、移動する該プラズマは、該プラズマ閉じ込め容器の前記壁に磁束を注入し、該磁束は、該プラズマ閉じ込め容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該プラズマ閉じ込め容器の該壁において誘導する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御システムは、前記プラズマ閉じ込め容器の前記壁において前記渦電流の第一セットを生成するために、前記複数のコイルをランプアップし、一定の電流で保つようにさらに構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プラズマ閉じ込め容器の端部に取り付けられた形成部をさらに備え、前記制御システムは、該形成部から該プラズマ閉じ込め容器の前記内部にプラズマを移動させるようにさらに構成され、移動する該プラズマは、該プラズマ閉じ込め容器の前記壁に磁束を注入し、該磁束は、該プラズマ閉じ込め容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該プラズマ閉じ込め容器の該壁において誘導する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
プラズマ閉じ込め容器の壁において誘導される不所望の渦電流を低減する方法であって、該方法は、
該プラズマ閉じ込め容器の該壁において渦電流の第二セットを誘導する前に、該壁および内部を有する該プラズマ閉じ込め容器の該壁において渦電流の第一セットを誘導する工程であって、該渦電流の第一セットは、該プラズマ閉じ込め容器の該壁における該渦電流の第二セットの誘導の際に該渦電流の第二セットを実質的に打ち消すために、該渦電流の第二セットの分布と実質的に等しくかつ該渦電流の第二セットの分布と符号が反対の分布を有する、工程
を含む、方法。
【請求項１２】
前記プラズマ閉じ込め容器の前記壁において渦電流を誘導する工程は、
該プラズマ閉じ込め容器の該壁の周りに位置づけられている複数のコイルをランプアップし、全ての渦電流が前記プラズマ閉じ込め容器の該壁において減衰するまで該複数のコイルを一定の電流で保つ工程と、
該複数のコイルへの電流を遮断して、該プラズマ閉じ込め容器の該壁を通して磁束を維持する前記渦電流の第一セットが該プラズマ閉じ込め容器の該壁において励起することを可能にする工程と
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
プラズマを前記プラズマ閉じ込め容器に移動させる工程をさらに含み、移動する該プラズマは、該プラズマ閉じ込め容器の前記壁に磁束を注入し、該磁束は、該プラズマ閉じ込め容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該プラズマ閉じ込め容器の該壁において誘導する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
プラズマを前記プラズマ閉じ込め容器に移動させる工程をさらに含み、移動する該プラズマは、該プラズマ閉じ込め容器の前記壁に磁束を注入し、該磁束は、該プラズマ閉じ込め容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該プラズマ閉じ込め容器の該壁において誘導する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラズマは、前記プラズマ閉じ込め容器の対向端部に取り付けられた反対の形成部から移動させられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
ＦＲＣプラズマは、前記反対の形成部において形成され、前記プラズマ閉じ込め容器に移動させられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記プラズマ閉じ込め容器の前記壁において渦電流を誘導する工程は、
該プラズマ閉じ込め容器の該壁において前記渦電流の第一セットを生成するために、該プラズマ閉じ込め容器の該壁の周りに位置づけられている複数のコイルをランプアップし、一定の電流で保つ工程と、
該プラズマ閉じ込め容器にプラズマを移動させる工程であって、移動する該プラズマは、該プラズマ閉じ込め容器の該壁に磁束を注入し、該磁束は、該プラズマ閉じ込め容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該プラズマ閉じ込め容器の該壁において誘導する、工程と
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記プラズマは、前記プラズマ閉じ込め容器の対向端部に取り付けられた反対の形成部から移動させられる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ＦＲＣプラズマは、前記反対の形成部において形成され、前記プラズマ閉じ込め容器に移動させられる、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（分野）
本明細書において説明される発明は、一般的に磁気プラズマ閉じ込めシステムに関連し、特に、不所望の渦電流の打ち消しを容易にするシステムおよび方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
磁場反転配位（ＦＲＣ）は、コンパクトトロイド（ＣＴ）として既知の磁気プラズマ閉じ込めトポロジーの分類に属する。磁場反転配位は、主にポロイダル磁場を示し、かつ、自己発生トロイダル磁場を全く有さないか、または少ない自己発生トロイダル磁場を有する（Ｍ．Ｔｕｓｚｅｗｓｋｉ，Ｎｕｃｌ．Ｆｕｓｉｏｎ  ２８，２０３３（１９８８）（非特許文献１）を参照）。ＦＲＣを形成する従来の方法は、磁場反転シータピンチ技術を使用し、高温、高密度のプラズマを生成する（Ａ．Ｌ．Ｈｏｆｆｍａｎら，Ｎｕｃｌ．Ｆｕｓｉｏｎ  ３３，２７（１９９３）（非特許文献２）を参照）。これの変種は、シータピンチ「源」内でつくりだされるプラズマが概ね即座に一端から閉じ込めチャンバの中に放出される移動トラッピング方法である。そして、移動するプラズモイドは、チャンバの端部で二つの強いミラー間に閉じ込められる（例えば、Ｈ．Ｈｉｍｕｒａら，Ｐｈｙｓ．Ｐｌａｓｍａｓ  ２，１９１（１９９５）（非特許文献３）を参照）。
【０００３】
他のＦＲＣ形成方法、すなわち、反対向きのヘリシティを有するスフェロマクを融合し（例えば、Ｙ．Ｏｎｏら、Ｎｕｃｌ．Ｆｕｓｉｏｎ  ３９，２００１（１９９９）（非特許文献４）を参照）、また追加的な安定性を提供する回転磁場（ＲＭＦ）によって電流を駆動することによる（例えばＩ．Ｒ．Ｊｏｎｅｓ，Ｐｈｙｓ．Ｐｌａｓｍａｓ  ６，１９５０（１９９９）（非特許文献５）を参照）形成方法を発達させる著しい進歩が、過去１０年で見られた。近年、昔に提案された衝突融合技術（例えばＤ．Ｒ．Ｗｅｌｌｓ，Ｐｈｙｓ．Ｆｌｕｉｄｓ  ９，１０１０（１９６６）（非特許文献６）を参照）がさらに著しく発達し、この衝突融合技術において、閉じ込めチャンバの対向端部における二つの別個のシータピンチは、同時に二つのプラズモイドを発生させ、プラズモイドを互いに向かって高速度で加速させ、次いでプラズモイドは閉じ込めチャンバの中央で衝突し、融合して複合ＦＲＣを形成する。現時点における最大のＦＲＣ実験のうちの一つの実験の構築および成功した作動において、従来の衝突融合方法は、安定した、長持ちする、高磁束の、高温のＦＲＣを生成するために示された（例えば、Ｍ．Ｂｉｎｄｅｒｂａｕｅｒら，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１０５，０４５００３（２０１０）（非特許文献７）を参照）。
【０００４】
ＦＲＣが閉じ込め部分に移動するとき、ＦＲＣは、近傍内の任意の伝導構造に渦電流を誘導する（例えば、容器壁または伝導容器内構成要素）。これらの渦電流は、プラズマ状態に影響を与え、経時的に減衰し、それによって、プラズマの継続的な発展に寄与し、かつ渦電流が無視できる大きさに減衰するまで任意の定常状態を防止する。伝導構造が軸対称でない場合（一般的にある）、渦電流は、ＦＲＣの軸対称性を破壊する。概して、そのような移動によって誘導される渦電流は、不所望である。移動によって誘導される渦電流の初期励起は、プラズマ形状に制約を課し、それによって、プラズマ不安定性の受動的安定化を提供する伝導構造の能力を制限し、かつ、渦電流の経時的な減衰は、プラズマ不安定性がないときでさえ継続的な補償を必要とすることによって、プラズマ制御を複雑にする。さらに、移動によって誘導される渦電流の任意の有益な効果は、平衡磁場の適した調節によっても提供されることができる。
【０００５】
移動によって誘導される渦電流は、実験の間に生じる渦電流の唯一の種類でない。プラズマ不安定性は、不安定性の増加率を低減する渦電流を励起し得、従って、望ましい。渦電流は、中性ビーム電流ランプアップに応じても生じ得るだろう。
【０００６】
他のＦＲＣ実験におけるプラズマの寿命は、典型的に伝導壁の抵抗性時間スケールよりも著しく低い値に制限されてきたので、時間変化渦電流は、いかなる実際的な問題も提起せず、かつ、大きな注目を集めてこなかった。
【０００７】
移動によって誘導される渦電流の励起を防止する一つの関連技術は、軸対称の渦電流の励起を防止するために容器内で絶縁の軸方向「隙間」を使用することである。この方法の欠点は、この方法が伝導容器への構造的変化を必要とすること、および、渦電流は、抑制されないが、軸対称の電流が三次元電流に転換されることである。従って、これは、三次元磁場からの有害な効果を悪化させ、また、軸対称のプラズマ不安定性の受動的安定化に対して壁を不適切にする。
【０００８】
三次元エラー磁場は、多くの場合、それ自身軸対称でないエラー磁場補正コイルによって補正される。最良の場合、そのようなコイルは、コイルの数と同じ数だけ高調波を除去することができるが、残っている高調波に新しいエラーを導入する傾向があり、かつ、実験の間、エラー磁場の任意の時間変化を追うことができる必要がある。
【０００９】
従って、不所望の渦電流の低減または除去を容易にするシステムおよび方法を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｍ．Ｔｕｓｚｅｗｓｋｉ，Ｎｕｃｌ．Ｆｕｓｉｏｎ  ２８，２０３３（１９８８）
【非特許文献２】Ａ．Ｌ．Ｈｏｆｆｍａｎら，Ｎｕｃｌ．Ｆｕｓｉｏｎ  ３３，２７（１９９３）
【非特許文献３】Ｈ．Ｈｉｍｕｒａら，Ｐｈｙｓ．Ｐｌａｓｍａｓ  ２，１９１（１９９５）
【非特許文献４】Ｙ．Ｏｎｏら、Ｎｕｃｌ．Ｆｕｓｉｏｎ  ３９，２００１（１９９９）
【非特許文献５】Ｉ．Ｒ．Ｊｏｎｅｓ，Ｐｈｙｓ．Ｐｌａｓｍａｓ  ６，１９５０（１９９９）
【非特許文献６】Ｄ．Ｒ．Ｗｅｌｌｓ，Ｐｈｙｓ．Ｆｌｕｉｄｓ  ９，１０１０（１９６６）
【非特許文献７】Ｍ．Ｂｉｎｄｅｒｂａｕｅｒら，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１０５，０４５００３（２０１０）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書において提供される実施形態は、有益な渦電流を影響を受けないまま残しながら、不所望の渦電流（壁電流）（例えば、ＦＲＣプラズマの移動による渦電流誘導など移動によって誘導される渦電流）の振幅の低減を容易にするシステムおよび方法を対象とする。不所望の渦電流の振幅の低減は、プラズマ移動の前に、例えばアクティブコイルを使用して同じ構造における反対の電流を誘導することによって達成される。伝導構造からプラズマを分離する表面上の全磁場の接線成分および法線成分の両方が測定される場合、磁場は、プラズマによって生成される成分および外部電流によって生成される成分に分解されることができる（例えば、平衡コイル磁場）。外部コイルから既知の磁場を削除することによって、渦電流による磁場は、残る。対応する渦電流分布は、この磁場の時間発展から再構築されることができる。渦電流分布は既知であり、アクティブコイルは、プラズマがチャンバに移動する前に、反対符号を有する類似の分布を誘導するために使用される。必要なコイル電流を計算することは、アクティブコイルの幾何形状および受動的構造のみの知識を必要とする。プラズマが閉じ込めチャンバに移動するとき、二つの渦電流分布は、重畳し、打ち消す。より正確には、渦電流分布は、再生成され、より完全には、打ち消しである。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
伝導構造において誘導される不所望の渦電流を低減する方法であって、該方法は、
該伝導構造において渦電流の第二セットを誘導する前に、伝導において渦電流の第一セットを誘導する工程であって、該渦電流の第一セットは、該伝導構造における該渦電流の第二セットの誘導の際に該渦電流の第二セットを実質的に打ち消すために、該渦電流の第二セットの分布と実質的に等しくかつ該渦電流の第二セットの分布と符号が反対の分布を有する、工程
を含む、方法。
（項目２）
前記伝導構造は、プラズマ閉じ込め容器の壁である、項目１に記載の方法。
（項目３）
伝導構造において渦電流を誘導する工程は、
コイルをランプアップし、全ての渦電流が該伝導構造において減衰するまで該コイルを該伝導構造の周りで一定の電流で保つ工程と、
該コイルへの電流を遮断して、該構造を通して磁束を維持する前記渦電流の第一セットが該伝導構造において励起することを可能にする工程と
を含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
プラズマを前記伝導構造に移動させる工程をさらに含み、移動する該プラズマは、該伝導構造に磁束を注入し、該磁束は、容器の壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該容器の該壁において誘導する、項目１に記載の方法。
（項目５）
プラズマを前記伝導構造に移動させる工程をさらに含み、移動する該プラズマは、該伝導構造に磁束を注入し、該磁束は、容器の壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該容器の該壁において誘導する、項目３に記載の方法。
（項目６）
伝導構造において渦電流を誘導する工程は、
前記渦電流の第一セットを該伝導構造において生成するために、コイルをランプアップし、該伝導構造の周りで一定の電流で保つ工程と、
プラズマを該伝導構造に移動させる工程であって、移動する該プラズマは、該伝導構造に磁束を注入し、該磁束は、該伝導構造における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該伝導構造において誘導する、工程と
を含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
容器壁において誘導される不所望の渦電流を低減するシステムであって、該システムは、
壁および内部を有する容器と、
該容器の周りに位置づけられている複数のコイルと、
該複数のコイルに結合され、かつ、渦電流の第二セットが該容器の該壁において誘導される前に、該容器の該壁において渦電流の第一セットを誘導するように構成されている制御システムであって、該渦電流の第一セットは、チャンバの該壁における該渦電流の第二セットの誘導の際に該渦電流の第二セットを実質的に打ち消すために、該渦電流の第二セットの分布と実質的に等しくかつ該渦電流の第二セットの分布と符号が反対の分布を有する、制御システムと
を備える、システム。
（項目８）
前記制御システムは、前記複数のコイルをランプアップし、前記容器の前記壁における全ての渦電流が減衰するまで該複数のコイルを一定の電流で保ち、そして該複数のコイルへの電流を遮断して、該容器を通して磁束を維持する前記渦電流の第一セットが該容器の該壁において励起することを可能にするようにさらに構成されている、項目７に記載のシステム。
（項目９）
前記容器の端部に取り付けられた形成部をさらに備え、前記制御システムは、該形成部から該容器の前記内部にプラズマを移動させるようにさらに構成され、移動する該プラズマは、該容器の前記壁に磁束を注入し、該磁束は、該容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該容器の該壁において誘導する、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
前記制御システムは、伝導構造において前記渦電流の第一セットを生成するために、前記複数のコイルをランプアップし、一定の電流で保つようにさらに構成されている、項目７に記載のシステム。
（項目１１）
前記容器の端部に取り付けられた形成部をさらに備え、前記制御システムは、該形成部から該容器の前記内部にプラズマを移動させるようにさらに構成され、移動する該プラズマは、該容器の前記壁に磁束を注入し、該磁束は、該容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該容器の該壁において誘導する、項目１０に記載のシステム。
（項目１２）
伝導構造において誘導される不所望の渦電流を低減する方法であって、該方法は、
容器の壁において渦電流の第二セットを誘導する前に、該壁および内部を有する該容器の該壁において渦電流の第一セットを誘導する工程であって、該渦電流の第一セットは、該伝導構造における該渦電流の第二セットの誘導の際に該渦電流の第二セットを実質的に打ち消すために、該渦電流の第二セットの分布と実質的に等しくかつ該渦電流の第二セットの分布と符号が反対の分布を有する、工程
を含む、方法。
（項目１３）
前記容器の前記壁において渦電流を誘導する工程は、
該容器の該壁の周りに位置づけられている複数のコイルをランプアップし、全ての渦電流が前記伝導構造において減衰するまで該複数のコイルを一定の電流で保つ工程と、
該複数のコイルへの電流を遮断して、該容器の該壁を通して磁束を維持する前記渦電流の第一セットが該容器の該壁において励起することを可能にする工程と
を含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
プラズマを前記容器に移動させる工程をさらに含み、移動する該プラズマは、該容器の前記壁に磁束を注入し、該磁束は、該容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該容器の該壁において誘導する、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
プラズマを前記容器に移動させる工程をさらに含み、移動する該プラズマは、該容器の前記壁に磁束を注入し、該磁束は、該容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該容器の該壁において誘導する、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記プラズマは、前記容器の対向端部に取り付けられた反対の形成部から移動させられる、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
ＦＲＣプラズマは、前記反対の形成部において形成され、前記容器に移動させられる、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記容器の前記壁において渦電流を誘導する工程は、
該容器の該壁において前記渦電流の第一セット生成するために、該容器の該壁の周りに位置づけられている複数のコイルをランプアップし、一定の電流で保つ工程と、
該容器にプラズマを移動させる工程であって、移動する該プラズマは、該容器の該壁に磁束を注入し、該磁束は、該容器の該壁における渦電流の振幅を低減してゼロに戻す前記渦電流の第二セットを該容器の該壁において誘導する、工程と
を含む、項目１２に記載の方法。
（項目１９）
前記プラズマは、前記容器の対向端部に取り付けられた反対の形成部から移動させられる、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
ＦＲＣプラズマは、前記反対の形成部において形成され、前記容器に移動させられる、項目１９に記載の方法。
【００１２】
本明細書において説明されるシステムおよび方法は、
・プラズマ制御を妨害する、減衰する渦電流による時間変化外部磁場を有利に低減し、
・（予め誘導される渦電流および移動によって誘導される渦電流の両方は、同じ三次元構造を有し、三次元磁場は、非軸対称のコイルを必要とすることなく低減されるので）非軸対称の壁の対称性破壊効果を有利に低減し、かつ、
・軸対称不安定性および非軸対称不安定性の受動的安定化を増大させるために、密着した、軸対称の、容器内構造の設置を有利に可能にする。
【００１３】
例示実施形態の他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図および詳細な説明を検討することによって、当業者に明らかであるか、または明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
構造および作動を含む例示的実施形態の詳細は、添付の図を検討することによってある程度読み取られ得、添付の図面において、同じ参照番号は、同じ部分を指す。図における構成要素は、必ずしも一定の縮尺比ではなく、代わりに本発明の原理を例示することに重点が置かれている。さらに、全ての例示は、概念を伝えることが意図されており、相対的なサイズ、形状、および他の詳細な属性は、正確または精密にではなく概略的に例示され得る。
【００１５】
【図１】図１は、チャンバまたは容器の概略図であり、形成管は、対向端部に取り付けられており、かつ、軸対称のコイルは、チャンバの壁において渦電流を誘導するために（壁電流）、チャンバの壁の周りに位置づけられている。
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、アクティブコイルシステムおよび形成システムに結合された制御システムを示す概略図である。
【００１７】
【図２】図２は、図１のチャンバおよび形成管の概略図であり、プラズマは、形成管の中にある。
【００１８】
【図３】図３は、チャンバへのプラズマの移動の後の図１のチャンバおよび形成管の概略図であり、チャンバの壁において形成される、移動によって誘導される渦電流を示す（移動によって誘導される壁電流）。
【００１９】
【図４】図４は、チャンバへのプラズマの移動の前の図１のチャンバおよび形成管であり、予め誘導される渦電流は、チャンバの壁において形成される（予め誘導される壁電流）。
【００２０】
【図５】図５は、チャンバへのプラズマの移動の後の図１のチャンバおよび形成管であり、かつチャンバの壁における予め誘導される渦電流および移動によって誘導される渦電流を示す（予め誘導される壁電流および移動によって誘導される壁電流）。
【００２１】
【図６】図６は、チャンバへのプラズマの移動の後の図１のチャンバおよび形成管であり、かつチャンバの壁における移動によって誘導される渦電流を示し（移動によって誘導される壁電流）、移動によって誘導される渦電流は、チャンバの壁における予め誘導される渦電流によって打ち消される（予め誘導される壁電流）。
【００２２】
【図７】図７は、（１）予め誘導される真空場なし、（２）予め誘導される真空場、および（３）予め誘導かつ調整される真空場の三つの場合に対する、チャンバの軸対称の壁における模擬渦電流分布を示す（模擬壁電流分布）グラフである。
【００２３】
類似の構造または機能の要素は、例示目的のため図全体を通して一般的に同じ参照番号によって表されることに留意されたい。図は、好ましい実施形態の説明を容易にすることを意図されているのみであることにも留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（詳細な説明）
有益な渦電流を影響を受けないまま残しながら、不所望の渦電流（壁電流）（例えば移動によって誘導される渦電流）の振幅の低減を容易にするシステムおよび方法を提供するために、下記で開示される追加的な特徴および教示のうちのそれぞれは、別個で、または他の特徴および教示と組み合わせて利用されることができる。本明細書において説明される実施形態の代表的な例（その例は、これらの追加的な特徴および教示を別個にも組み合わせても利用する）が、添付された図面を参照してこれからより詳細に説明されるだろう。この詳細な説明は、本教示の好ましい様態を実施するためのさらなる詳細を当業者に教示することを意図されているのみに過ぎず、本発明の範囲を制限することを意図されていない。従って、以下の詳細な説明に開示される特徴および工程の組み合わせは、必ずしも広義において本発明を実施するためでなくてもよく、代わりに、本教示の代表的な例を特に説明するためのみに教示される。
【００２５】
さらに、代表的な例および従属請求項の様々な特徴は、本教示の追加的で有用な実施形態を提供するために、具体的でなくかつ明示的に列挙されない方法で組み合わせられ得る。加えて、説明および／または特許請求の範囲において開示される全ての特徴は、原開示の目的のために、ならびに実施形態および／または特許請求の範囲の特徴の構成から独立した本発明を限定する目的のために、別個にかつ互いに独立して開示されることを意図されていることに明確に留意されたい。全ての値の範囲またはエンティティのグループの表示は、原開示の目的のために、および本発明を限定する目的のために、全てのあり得る中間値または中間エンティティを開示することにも明確に留意されたい。
【００２６】
本明細書において提供される実施形態は、有益な渦電流を影響を受けないまま残しながら、不所望の渦電流（例えば、移動するＦＲＣプラズマによって誘導される渦電流など移動によって誘導される渦電流）の振幅の低減を容易にするシステムを対象とする。移動するＦＲＣプラズマによって誘導される渦電流は、以前の電場構成に左右されず、または以前の電流の存在に左右されない。従って、プラズマ移動によって誘導される電流が不所望である場合、その不所望の電流は、プラズマが移動する前に等しくかつ反対の電流パターンをつくりだすことによって除去されることができる。
【００２７】
図１に示されるように、これは、実際に達成されることができ、図１において、軸対称のアクティブコイル２０は、容器１０の内側または外側の周りに位置づけられている。例えばＦＲＣプラズマなどのプラズマは、容器１０の中間面において形成され、かつ容器１０の対向端部の上に位置づけられている形成管１２および１４から容器１０の中間面に向かって移動させられる。ＦＲＣプラズマを形成かつ維持するためのシステムおよび方法の詳細な議論は、公開されたＰＣＴ出願国際公開第２０１５０４８０９２号に提供されており、国際公開第２０１５０４８０９２号は、米国仮特許出願第６１／８８１８７４号および米国仮特許出願第６２／００１５８３号に対する優先権を主張し、これらの出願は、完全に記述されているかのように、本明細書において参照として援用される。
【００２８】
図１Ａに示されるように、制御システム１００は、アクティブコイル２０、電源などを備えるアクティブコイルシステム２００に結合されており、かつ、形成管１２および１４、コイルまたはストラップ、電源などを備える形成システムに結合されている。
【００２９】
形成管１２および１４からのプラズマ移動の前に、コイル２０は、ランプアップされ、容器１０の壁における全ての渦電流が減衰するまで一定の電流で保たれる。この時点において、コイル２０への電流は、遮断され、プラズマ形成シーケンスが開始される。コイル２０への電流の遮断は、容器１０の壁において特定の渦電流分布を励起して、その後に続く移動するプラズマからの磁束注入が容器１０の壁における渦電流を低減してゼロに戻すまで容器１０を通して磁束を維持するだろう。あるいは、コイル２０は、プラズマが移動する直前に急速にランプアップされ得る。この場合、急速なランプアップは、容器１０の壁において所望の渦電流分布を生成し、かつ、その後に続く移動させられたプラズマからの磁束注入は、渦電流をゼロに戻すだろう。移動の後、コイル２０における電流は、一定に保たれる。この方法は、壁１０の特徴的な渦電流減衰時間が、コイル２０がランプアップされることができる速度と比較して十分に遅い場合、使用され得る。打ち消しは、アクティブコイルの幾何形状を最適化することによって、一般的に増大させられることができるが、規定されたアクティブコイルの幾何形状でさえも、渦電流振幅は低減されることができる。
【００３０】
渦電流打ち消しを最大化するであろうアクティブコイルにおける電流を決定するために、プラズマによって誘導される渦電流分布は、測定されなければならない。これは、伝導構造とプラズマとの間の区間における磁場の少なくとも二つの成分を測定することによって、なされることができる。磁場の二つの成分は既知であり、磁場は、そしてプラズマおよび外部電流によって、成分に分離されることができる。これは、円筒形の幾何形状において容易に見られる（すなわち、所与のモード番号ｍおよび位相について、磁気スカラーポテンシャルは、二つの振幅によって決定され、一つの振幅は、ｒｍに比例する項についてであり、もう一つの振幅は、ｒ−ｍに比例する項についてである）。同じ空間点における磁場の二つの測定値を有することは、両方の係数を求めることを可能にし、かつ、プラズマからの磁場は、ｒｍに比例する項と自明に識別される。より複雑な幾何形状において、数学的処理は、それほど簡単でないが、同じ手順が使用されることができる。内部磁場および外部磁場の両方の時間発展は既知であり、伝導構造における電流分布は、有限要素回路モデルに対する最小二乗適合によって演算されることができる。
【００３１】
図２〜６は、移動によって誘導される渦電流を低減する基本的な考えを例示する。（白色で塗られている）プラズマ電流、（灰色で塗られている）プラズマによって誘導される壁電流、および（斜格子で塗られている）予め誘導される壁電流は、二つの段階（すなわち１）移動の前および２）移動の後）における図に示されている。図２および図３において、容器１０の壁において壁電流は全く予め誘導されていないので、形成管１２および１４からのプラズマの移動の後、壁における正味電流は、ゼロでない値である。図４〜６において、いくらかの電流は、容器１０の壁において予め誘導されている。形成管１２および１４からのプラズマの移動の後、壁における正味電流は、ゼロになる。
【００３２】
提案された技術の適用は、プラズマ形成およびプラズマ移動におけるその効果を評価するために、２流体シミュレーションコードであるラミーリッジを使用してシミュレーションされてきた。図７は、三つの異なる場合についての形成から２００マイクロ秒（２００ｍｓ）後の、軸対称の壁における渦電流分布を示す。
１）場合１（―  ―）において、渦電流補償は全く利用されず、３９ｃｍのセパラトリックス半径および２．５の伸長を有するプラズマを引き起こした。
２）場合２（――）において、（ちょうど）反対の電流パターンは、形成の開始の前に壁に付された。予想通り、シミュレーションの終わりにおける渦電流の振幅は、低減される。予め誘導される電流の存在がプラズマの拡張を引き起こすので、電流は正確に打ち消さず、従って、プラズマは、２．０の伸長によって、４６ｃｍの半径に達する。
３）場合３（‐‐‐‐‐‐）において、チャンバ壁の予め誘導される渦電流に加えて、閉じ込めコイルにおける電流は、抑制された渦電流を補償するように調整される。つまり、場合３においてｔ＝０で閉じ込めコイルによって生成される磁場は、今、場合１においてｔ＝２００ｕｓで閉じ込めコイルおよび渦電流の両方によって生成される磁場に等しい。これは、場合１と非常に類似したプラズマを引き起こす（半径３８ｃｍ、伸長２．５）が、渦電流は、十分の一に低減された。従って、その後に続くこのプラズマの発展は、壁渦電流によってはるかに少ない影響を受けるので、制御および予測がより容易である。さらに、予め誘導される壁電流を閉じ込めコイルとともに調整することによって、プラズマセパラトリックス半径は、直接制御されることができる。
他の利点
【００３３】
ＦＲＣの位置または形状を安定させるために、軸対称の伝導容器内受動的構造が使用され得る。渦電流が容器内受動的構造において上記の態様で予め誘導される場合、容器内受動的構造は、初期のプラズマ形状および構成に影響を与えることなく設置されることができる。他方で、電流が全く予め誘導されない場合、容器内受動的構造の設置は、ＦＲＣ半径を小さくし、従って、容器に追加的な構成要素を設置することの利点の多くを無視し、容器内受動的構造とプラズマとの間の結合を低減して、従来容器の壁とプラズマとの間であった同じ結合強度に近づけるだろう。
【００３４】
類似のことは、制御コイルに当てはまる。容器外コイルがプラズマ不安定性を安定させるのに不十分なプラズマ結合を有し、かつ容器内コイルが使用される場合、容器内コイルは、典型的に追加的な内壁によってプラズマから保護される必要がある。この容器内コイル壁における渦電流が除去されない場合、渦電流は、プラズマ半径を小さくし、かつ、コイル‐プラズマ結合の意図された増大は、低減されるだろう。従って、渦電流を除去することは、コイルとプラズマとの間の結合を増大させ、それによって、制御コイルに対する電流要求および電圧要求の両方を低減する。
【００３５】
容器の三次元形状によって、任意の誘導される壁電流は、軸対称性を破壊し、かつ、閉じ込めを低減し、不安定性を励起し、または別の態様で性能を低減する可能性がある。エラー磁場補正コイルは、特定の高調波の基本周波数を低減するために使用されることができるが、エラー磁場補正コイル自体は、非軸対称であり、従って、他の側波帯高調波をさらに増幅させる。対照的に、上記の渦電流の除去は、軸対称のコイルのみを必要とし、より小さい側波帯高調波を引き起こし、かつ、プラズマが形成された後、コイルにおける一切の電流を必要としない。
【００３６】
要約すると、本明細書において提供された提案されたシステムおよび方法は、プラズマ不安定性を安定させる可能性を増大させ、壁への結合を向上させることによって、プラズマ制御システムの効率を増大させ、対称性破壊三次元磁場の振幅を低減し、かつ、リアルタイムシステムの複雑度を低下させる。これらの利点のうち全ては、既存のコイルシステムを再使用することによって、非常に少ないコストである程度まで実現されることもできる。最良の結果は、コイルの配置および設計について、渦電流除去を考慮することによって達成されることができる。
【００３７】
本明細書において提供された例示実施形態は、プラズマ制御を妨害する、減衰する渦電流による時間変化外部磁場を有利に低減し、（予め誘導される渦電流および移動によって誘導される渦電流の両方は、同じ三次元構造を有し、三次元磁場は、非軸対称のコイルを必要とすることなく低減されるので）本明細書において提供された例示実施形態は、非軸対称の壁の対称性破壊効果を有利に低減し、かつ、軸対称不安定性および非軸対称不安定性の受動的安定化を増大させるために、密着した、軸対称の、容器内構造の設置を有利に可能にする。
【００３８】
しかし、本明細書において提供された例示実施形態は、例示的な例として意図されているのみであり、決して制限することを意図されていない。
【００３９】
以上の明細書において、本発明は、その特定の実施形態を参照して説明された。しかし、様々な改変および変更が、本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく本発明になされ得ることは、明白であろう。例えば、読者は、本明細書で説明された工程フロー図に示された工程動作の特定の順序および組み合わせは、他の様態で記述されない限り、例示的に過ぎず、かつ、本発明は、異なる工程動作もしくは追加的な工程動作または工程動作の異なる組み合わせもしくは順序を使用して実行されることもできるということを理解することができる。他の例として、一実施形態の各特徴は、他の実施形態に示される他の特徴と混合され、そして合致されることができる。当業者に既知の特徴および工程は、所望する通りと同様に取り入れられ得る。追加的に、そして明らかに、特徴は、所望する通りに追加または削除され得る。従って、本発明は、添付された請求項およびそれらの均等物を鑑みた場合を除き、限定されるものでない。
【図１】
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【図１Ａ】
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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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