(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核融合炉を構成する真空容器内のプラズマの周囲に当該プラズマを取り囲むように設置され、熱中性子から高速中性子までに感度を持つ複数の検出器と、
信号ケーブルにより導かれかつ信号導入端子を介して前記真空容器外に取り出される前記各検出器の出力を入力し、当該各検出器の出力に検出器設置位置に依存する重率をそれぞれ乗じた量の総和から、前記核融合炉の出力を求めるデータ処理手段と、
を備えて成ることを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項２】
核融合炉を構成する真空容器内のプラズマの周囲に当該プラズマを取り囲むように設置され、熱中性子から高速中性子までに感度を持つ複数の第１の検出器、および高速中性子にのみ感度を持つ前記各第１の検出器とセットの複数の第２の検出器と、
信号ケーブルにより導かれかつ信号導入端子を介して前記真空容器外に取り出される前記第１および第２の各検出器の出力を入力し、当該第２の各検出器の出力から核融合反応分布情報を求めて、前記第１の各検出器による核融合炉出力演算の補正係数を求め、かつ前記第１の各検出器の出力に検出器設置位置に依存する重率および前記補正係数をそれぞれ乗じた量の総和から、前記核融合炉の出力を求めるデータ処理手段と、
を備えて成ることを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
前記第２の各検出器を、前記真空容器内のブランケットとブランケットとの隙間に設置し、前記ブランケットにコリメータ効果を持たせて前記プラズマを直接覗く視野を確保するように配置したことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項４】
前記請求項１または請求項２に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
前記各検出器とそれを収納する各検出器容器との間、および前記信号ケーブルとそれを覆う２重シールドの外側導体との間に、熱伝導度の良いセラミックス等の絶縁物をそれぞれ設けたことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項５】
前記請求項１または請求項２に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
前記各検出器、または当該検出器を固定している部材に、熱電対等の温度検出手段を取付け、
前記各検出器の温度をモニタして当該温度の情報を前記データ処理手段に入力し、あらかじめ測定されている感度の温度依存性曲線を基に、前記温度情報から前記各検出器の出力を補正して前記核融合炉の出力を求めるようにしたことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項６】
前記請求項１または請求項２に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
キャンベル測定領域に対し、前記各検出器の出力を複数の周波数帯域毎に自乗平均した出力を回路的に演算し、通常の比率を超えた周波数帯域の出力を、ノイズの周波数を受けたチャンネルとして省く操作をデジタルシグナルプロセッサで行なわせてリアルタイムでデータ処理する信号処理手段を付加したことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項７】
前記請求項１または請求項２に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
パルス計数領域でノイズがネガティブ成分の信号成分を持つことを利用し、ノイズをカウントしない信号処理をリアルタイムで行なう信号処理手段を付加したことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項８】
前記請求項１または請求項２に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
前記信号ケーブルの配線ルートを、垂直断面内とするようにしたことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項９】
前記請求項１または請求項２に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
前記信号ケーブルを覆う２重シールドの外側導体の端部に、外側導体フランジを設け、かつメタルパッキンを介して補助真空箱に電気的、真空的に接続固定して真空境界とし、
前記信号ケーブルを、絶縁型の前記信号導入端子にコネクタ接続して、前記各検出器の出力を真空容器外に伝達するようにしたことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項１０】
前記請求項１または請求項２に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
前記真空容器内に設置され、永久磁石を内蔵する回転円盤および軸受けと、前記真空容器外に校正等の必要時に取り付けられ、前記回転円盤を駆動して校正用の線源を所定の位置まで移動する回転磁場発生手段と、からなる校正装置を付加したことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【請求項１１】
前記請求項１０に記載の核融合炉出力モニタ装置において、
校正用の線源を内部に封入する案内管を、前記各検出器と一定の距離を保って設置したことを特徴とする核融合炉出力モニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合炉の出力を測定する核融合炉出力モニタ装置に係り、特にプラズマ位置のずれ、熱負荷、核発熱、電磁応力、電磁ノイズ等の影響を受けることなく、核融合炉の出力を正確に測定できるようにした核融合炉出力モニタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば臨界プラズマ試験装置（ＪＴ−６０／ＪＡＥＲＩＴｏｋａｍａｋ−６０）においては、核融合炉を構成する真空容器の外側に、検出器である核分裂計数管を配置して、核融合反応により発生する中性子を測定し、真空容器、トロイダルコイルによる散乱、減衰を補正して、発生中性子のトータル量を求めるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法では、以下のような種々の問題点がある。
【０００４】
［プラズマ位置のずれ］
従来は、真空容器外に検出器が設置されており、真空容器、トロイダルコイルによる散乱、減衰があり、校正試験により減衰量を求めて、全発生中性子量を推定するようにしている。しかし、プラズマの位置が、真空容器の所定位置からずれた場合、プラズマが検出器から離れると測定中性子量は減少し、プラズマが検出器に近づくと測定中性子量は増加するため、中性子発生量には、プラズマの位置に起因する誤差が生じる。
【０００５】
［空間分解］
核融合炉の制御を行なうためには、核融合反応の空間分布を求める必要があるが、従来の方法では、真空容器、トロイダルコイルによる散乱、減衰の効果により、位置の情報が平準化されている。また、特別なコリメータ等を持たないため、核融合反応分布を測定することができない。
【０００６】
［熱負荷］
中性子の散乱、減衰が比較的少ない真空容器内のブランケットの表面または内部に設置する場合、プラズマからの熱負荷１ＭＷ／ｍ2 、および核発熱（１０Ｗ／ｃｍ3 ）のため、検出器自体の強制冷却が必要であり、構造が複雑になるという問題点がある。また、真空容器内のブランケットの背面に設置する場合には、中性子の散乱、減衰を受けて、中性子発生位置の情報等が平準化されるという問題点がある。
【０００７】
［核発熱］
＊真空容器内のブランケットの背面の、ブランケットとブランケットとの間に、検出器を配置した場合には、核発熱量は０．５Ｗ／ｃｍ3 程度に軽減されるものの、除熱を行なう必要がある。
【０００８】
＊原子炉の場合には、温度と圧力が一定な水中に設置されるため、周囲温度は一定であるが、核融合炉の場合には、真空環境に設置され、大量の中性子、ガンマ線にさらされ、検出器の材質自体が発熱するため、検出器の温度が変化する。一方、検出器である核分裂係数管は、感度が温度に依存するため問題がある。
【０００９】
［電磁応力］
核融合装置の場合、プラズマ中に大電流が流れており、プラズマの不安定性によって電流が変化した場合には、電流の作る磁場（ポロイダル磁場）が時間的に変化し、真空容器、内部構造物、検出器に渦電流を生じ、ポロイダル磁場と直交するトロイダル磁場との電磁力（Ｆ＝Ｊ×Ｂ）により、検出器および検出器を固定しているバックプレート等の部材に振動が生じる。また、信号ケーブルとそのサポート、サポートのベース（バックプレート）の作る閉回路と交差するポロイダル磁場成分があると渦電流が生じ、電磁応力が信号ケーブルに働いて、信号ケーブルが振動する。
【００１０】
一方、検出器である核分裂計数管は、電磁応力の無い原子炉雰囲気では十分な耐震性能を有しているものの、核融合炉のように厳しい条件下では、振動によって疑似信号が生じる。また、信号ケーブルの振動についても、アコースティックノイズを生じる。
【００１１】
このため、核融合装置の真空容器の内部に、検出器および信号ケーブルを配置する構成の測定システムでは、検出器の振動に対する対策と、電磁応力の生じない信号ケーブルの配線の方法に工夫が必要となる。
【００１２】
［電磁ノイズ］
追加熱を行なうため、電磁波による加熱が行なわれており、数十メガＨｚ、数十Ｍワットの電磁波が真空容器中に投入されている。真空容器中の信号ケーブルの長さは数メートルであり、電磁波の波長と近く、アンテナの効果を持つ可能性があり、２重シールドを行なう必要がある。一般的に、耐熱性、耐放射線性を持つ絶縁材料としては、セラミックスが使用されるが、金属に比べて熱伝導性が劣り、十分な除熱を期待することができない。
【００１３】
［校正］
＊一般的に、検出器の校正には、線源を検出器近くに移動させて、検出器の感度を校正している。検出器を真空中に設置した場合には、真空中に駆動力を導入するか、または真空中に駆動部を設置するかの手段が考えられる。しかし、前者の場合は、真空容器中にはトリチウムがあることから、真空シールの信頼性の観点から、使用しない方が望ましい。また、後者のように、駆動部を真空中に設置する場合は、例えばモータを設置する場合、モータの絶縁物（エナメル線のエナメル）の耐放射線性のため、使用が困難となる。
【００１４】
本発明の目的は、プラズマ位置のずれ、熱負荷、核発熱、電磁応力、電磁ノイズ等の影響を受けることなく、核融合炉の出力を正確に測定することが可能な核融合炉出力モニタ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明の核融合炉出力モニタ装置は、核融合炉を構成する真空容器内のプラズマの周囲に当該プラズマを取り囲むように設置され、熱中性子から高速中性子までに感度を持つ複数の検出器と、信号ケーブルにより導かれかつ信号導入端子を介して真空容器外に取り出される各検出器の出力を入力し、当該各検出器の出力に検出器設置位置に依存する重率をそれぞれ乗じた量の総和から、核融合炉の出力を求めるデータ処理手段とを備える。
【００１６】
従って、請求項１の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、真空容器内のプラズマの周囲に当該プラズマを取り囲むように複数の検出器を設置することにより、プラズマの位置のずれによる測定誤差が少なくなり、核融合炉の出力を正確に測定することができる。
【００１７】
また、請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置は、核融合炉を構成する真空容器内のプラズマの周囲に当該プラズマを取り囲むように設置され、熱中性子から高速中性子までに感度を持つ複数の第１の検出器、および高速中性子にのみ感度を持つ各第１の検出器とセットの複数の第２の検出器と、信号ケーブルにより導かれかつ信号導入端子を介して真空容器外に取り出される第１および第２の各検出器の出力を入力し、当該第２の各検出器の出力から核融合反応分布情報を求めて、第１の各検出器による核融合炉出力演算の補正係数を求め、かつ第１の各検出器の出力に検出器設置位置に依存する重率および補正係数をそれぞれ乗じた量の総和から、核融合炉の出力を求めるデータ処理手段とを備える。
【００１８】
従って、請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、第２の検出器で中性子発生分布情報を求め、第１の検出器による核融合炉出力演算の補正係数を求めることにより、核融合炉の出力をより一層正確に測定することができる。
【００１９】
一方、請求項３の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置において、第２の各検出器を、真空容器内のブランケットとブランケットとの隙間に設置し、ブランケットにコリメータ効果を持たせてプラズマを直接覗く視野を確保するように配置している。
【００２０】
従って、請求項３の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、高速中性子にのみ感度を持つ第２の検出器を、ブランケットの隙間からプラズマを覗く位置に設置することにより、核融合反応の空間分布情報を得ることができる。また、熱負荷を避けることができる。
【００２１】
また、請求項４の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項１または請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置において、各検出器とそれを収納する各検出器容器との間、および信号ケーブルとそれを覆う２重シールドの外側導体との間に、熱伝導度の良いセラミックス等の絶縁物をそれぞれ設けている。
【００２２】
従って、請求項４の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、熱伝導度の良いセラミックス（例えば窒化アルミ）等の絶縁物を使用することにより、検出器の核発熱を、強制冷却をしないで除熱することができる。
【００２３】
さらに、請求項５の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項１または請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置において、各検出器、または当該検出器を固定している部材に、熱電対等の温度検出手段を取付け、各検出器の温度をモニタして当該温度の情報をデータ処理手段に入力し、あらかじめ測定されている感度の温度依存性曲線を基に、温度情報から各検出器の出力を補正して核融合炉の出力を求めるようにしている。
【００２４】
従って、請求項５の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、熱電対等の温度検出手段による感度補正を行なうことにより、検出器感度の温度特性を補正することができる。
【００２５】
一方、請求項６の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項１または請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置において、キャンベル測定領域に対し、各検出器の出力を複数の周波数帯域毎に自乗平均した出力を回路的に演算し、通常の比率を超えた周波数帯域の出力を、ノイズの周波数を受けたチャンネルとして省く操作をデジタルシグナルプロセッサで行なわせてリアルタイムでデータ処理する信号処理手段を付加している。
【００２６】
従って、請求項６の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、検出器のキャンベル測定時の振動によるノイズを低減することができる。
【００２７】
また、請求項７の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項１または請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置において、パルス計数領域でノイズがネガティブ成分の信号成分を持つことを利用し、ノイズをカウントしない信号処理をリアルタイムで行なう信号処理手段を付加している。
【００２８】
従って、請求項７の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、検出器のパルス計数測定時の振動によるノイズを低減することができる。
【００２９】
さらに、請求項８の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項１または請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置において、信号ケーブルの配線ルートを、垂直断面内とするようにしている。
【００３０】
従って、請求項８の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、検出器の信号ケーブルの配線が、ディスラプション時の電磁応力を低減でき、信号ケーブルの振動によるノイズを低減することができる。
【００３１】
一方、請求項９の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項１または請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置において、信号ケーブルを覆う２重シールドの外側導体の端部に、外側導体フランジを設け、かつメタルパッキンを介して補助真空箱に電気的、真空的に接続固定して真空境界とし、信号ケーブルを、絶縁型の信号導入端子にコネクタ接続して、各検出器の出力を真空容器外に伝達するようにしている。
【００３２】
従って、請求項９の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、コネクタ部に補助真空箱を設けることにより、ノイズ対策のための２重電磁シールドと、真空中のトリチウム漏洩予防の２重真空シールとを同時に実現することができる。
【００３３】
また、請求項１０の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項１または請求項２の発明の核融合炉出力モニタ装置において、真空容器内に設置され、永久磁石を内蔵する回転円盤および軸受けと、真空容器外に校正等の必要時に取り付けられ、回転円盤を駆動して校正用の線源を所定の位置まで移動する回転磁場発生手段と、からなる校正装置を付加している。
【００３４】
従って、請求項１０の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、定検等の必要時、例えば１年に１回程度、真空容器外に回転磁場発生器を取り付けて、真空容器内の回転円盤を駆動して校正用の線源を所定の位置まで移動することにより、検出器の感度を校正することができる。この場合、回転磁場発生器は、定検時以外は、被曝量の少ない場所に保管されており、放射線損傷を受けることがない。また、可動部を真空シールする必要はなく、トリチウム等のリークの心配がない。
【００３５】
さらに、請求項１１の発明の核融合炉出力モニタ装置は、上記請求項１０の発明の核融合炉出力モニタ装置において、校正用の線源を内部に封入する案内管を、各検出器と一定の距離を保って設置している。
【００３６】
従って、請求項１１の発明の核融合炉出力モニタ装置においては、案内管を、検出器と一定の距離を保ちながら設置することにより、検出器の校正を精度良く行なうことができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
（第１の実施の形態：請求項１に対応）
図１は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における検出器の配置構成例を示す断面図である。
【００３９】
すなわち、図１に示すように、核融合炉を構成する真空容器０−１内のプラズマの周囲に、このプラズマを取り囲むように、熱中性子から高速中性子までに感度を持つ複数の（本例では１１個）検出器（例えば、Ｕ２３５検出器）１−１を設置している。
【００４０】
また、各検出器１−１の出力は、バックプレート０−２に沿って配線された信号ケーブルにより、ポートフランジ０−３まで導かれ、信号導入端子を介して真空容器０−１外に取り出している。
【００４１】
さらに、真空容器０−１内には、図示のように多数個のブランケット０−４を設置している。
【００４２】
図２は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における基本システムの構成例を示すブロック図である。
【００４３】
すなわち、図２に示すように、前記各検出器１−１を各検出器容器１−２にそれぞれ収納し、各検出器１−１の出力を、信号ケーブルであるＭＩケーブル１−４により、信号導入端子１−３を介して真空容器０−１外に取り出している。
【００４４】
また、真空容器０−１外に取り出された各検出器１−１の出力を、プリアンプボックス１−１１内に収納されたプリアンプ１−５で信号増幅して、総合アンプ１−６に伝送して入力する。
【００４５】
ここで、総合アンプ１−６には、パルス計数回路とキャンベル回路を備えており、〜１０６ｃｐｓ程度まではパルス計数回路、１０６ｃｐｓ以上はキャンベル回路で測定を行なうようにしている。そして、総合アンプ１−６の出力を、光伝送モジュール１−７により光信号に変換し、光ケーブル１−１５によりデータ処理盤１−１３へ光伝送する。なお、総合アンプ１−６と光伝送モジュール１−７とから、信号処理盤１−１２を構成している。
【００４６】
さらに、光ケーブル１−１５により伝送された、キャンベル出力を信号処理盤１−１２のＡＤＣ＆メモリ１−９、パルス出力を信号処理盤１−１２のスケーラ＆メモリ１−８でそれぞれ信号処理し、さらにインターフェース１−１０を介して計算機１−１４へ入力し、計算機１−１４によりデータ処理して核融合炉の出力値を求める。
【００４７】
ここで、計算機１−１４では、下式に示すように、各検出器１−１の出力Ｓｉに、検出器設置位置による重率αｉをそれぞれ乗じた量の総和を求めることにより、核融合炉の出力Ｐを求める。
【００４８】
Ｐ（核融合の出力）＝Σαｉ×Ｓｉ
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、真空容器０−１内のプラズマの周囲にこのプラズマを取り囲むように複数の検出器１−１を設置していることにより、プラズマの位置のずれによる測定誤差が少なくなり、プラズマの位置が偏った場合でも、核融合炉の出力を正確に測定することができる。
【００４９】
（第１の実施の形態の変形例：請求項２に対応）
本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置は、前述した第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置において、核融合炉を構成する真空容器０−１内のプラズマの周囲に、このプラズマを取り囲むように、前記検出器１−１の他に、高速中性子にのみ感度を持つ複数の検出器（例えば、Ｕ２３８検出器）を各検出器１−１とセットとして設置している。
【００５０】
また、計算機１−１４では、各検出器（Ｕ２３８検出器（核分裂計数管））の出力から核融合反応分布情報を求めて、各検出器（Ｕ２３５検出器）１−１による核融合炉出力演算の補正係数βｉを求め、下式に示すように、各検出器（Ｕ２３５検出器）１−１の出力Ｓｉに、検出器設置位置による重率αｉ、および補正係数βｉをそれぞれ乗じた量の総和を求めることにより、核融合炉の出力Ｐを求める。
【００５１】
Ｐ（核融合炉の出力）＝Σαｉ×βｉ×Ｓｉ
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、各検出器（Ｕ２３８検出器）により核融合反応分布に関する情報が得られ、この情報から検出器（Ｕ２３５検出器）１−１による核融合炉出力演算の補正係数を求めていることにより、プラズマの位置が偏った場合でも、核融合炉の出力をより一層正確に測定することができる。
【００５２】
（第２の実施の形態：請求項３に対応）
図３は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における検出器および信号ケーブルの配線構成例を示す概要図である。
【００５３】
すなわち、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置は、前述した第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置において、ブランケット０−４とブランケット０−４との隙間（図１におけるブランケット０−４の紙面の奥行き方向の切れ目の隙間）に、検出器２−０を設置し、ブランケット０−４にコリメータ効果を持たせてプラズマを直接覗く視野を確保するように配置している。
【００５４】
ここで、検出器２−０としては、高速中性子にのみ感度を持つ検出器（Ｕ２３８検出器）を使用する。
【００５５】
また、この検出器２−０は、図１に示すように、同一断面上に複数配置し、同時にバックプレート０−２に熱的に接触させて固定するため、図３に示すように、検出器サポート（材質としては、熱伝導度の良い金属、例えば銅）２−１と、ケーブルサポート（材質としては、熱伝導度の良い金属）２−２とにより固定している。
【００５６】
さらに、各検出器２−０は、バックプレート０−２の凹部の底面に半割の金物で固定し、その上に、信号ケーブルを固定する金物を順番に重ねていき、限られた空間に多数の検出器２−０と信号ケーブルとを固定している。
【００５７】
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、高速中性子にのみ感度を持つ検出器（Ｕ２３８検出器）２−０を、ブランケット０−４の隙間からプラズマを覗く位置に設置していることにより、核融合反応の空間分布情報を得ることができる。
【００５８】
また、熱負荷を避けることができる。すなわち、ブランケット０−４の背面に有るため、直接の熱負荷を受けることがなく、また核発熱も０．５Ｗ／ｃｍ3 程度に低減することができる。
【００５９】
（第３の実施の形態：請求項４に対応）
図４は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における検出器および検出器容器の要部構成例を示す概念図である。
【００６０】
すなわち、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置は、前述した第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置において、各検出器１−１とそれを収納する各検出器容器１−２との間、および信号ケーブルであるＭＩケーブル１−４とそれを覆う２重シールドの外側導体３−２との間に、熱伝導度の良いセラミックス（例えば、窒化アルミ）等の絶縁物３−１をそれぞれ設けた構成としている。
【００６１】
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、絶縁物としては、熱伝導度の良いセラミックスを使用することにより、検出器１−１およびＭＩケーブル１−４の核発熱を、熱伝導によりバックプレート０−２に逃がすように作用し、強制冷却をしないで除熱することができる。
【００６２】
すなわち、前述の実施の形態において、ブランケット０−４の背面で、ブランケット０−４とブランケット０−４との隙間に設置しても、０．５Ｗ／ｃｍ3 の核発熱がある。一方、後述するように、電磁ノイズの対策上、２重シールドとする必要があり、検出器電位とシールド電位は独立とする必要がある。一般的に、絶縁物は、金属よりも熱伝導度が悪く、電気絶縁を行なうことにより熱も絶縁されると、核発熱によって検出器自体の温度が上昇する。そこで、本実施の形態では、これを避けるために、絶縁物として、熱伝導度の良いセラミックス（窒化アルミ）の粉を使用している。
【００６３】
（第３の実施の形態の変形例：請求項５に対応）
本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置は、前述した第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置において、各検出器１−１、またはこの検出器１−１を固定している検出器サポート２−１に、熱電対等の温度検出器を取付け、各検出器１−１の温度をモニタしてこの温度の情報を前記計算機１−１４に入力し、あらかじめ測定されている感度の温度依存性曲線を基に、上記温度情報から各検出器１−１の出力を補正して、核融合炉の出力を求めるようにしている。
【００６４】
ここで、温度検出器である熱電対としては、耐放射線性の良いもの（例えばアルメルクロメル）を使用することが好ましい。
【００６５】
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、温度検出器である熱電対による感度補正を行なうようにしていることにより、検出器１−１感度の温度特性を補正することができる。
【００６６】
（第４の実施の形態：請求項６に対応）
前述した電磁応力による振動対策としては、「振動が生じた時点で、中性子のカウントを停止する方法」、「振動による信号の特徴的な成分を除去する方法」の２つの方法がある。
【００６７】
前者の場合の対策方法は、振動センサをパックプレート０−２に埋め込んで振動を検知し、カウントを停止する方法であり、本実施の形態では、後者の場合の対策を基調としており、以下にその一例について説明する。
【００６８】
図５は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置におけるＭＳＶモジュールの構成例を示すブロック図である。
【００６９】
本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置は、前述した第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置において、キャンベル測定領域に対し、各検出器１−１の出力を複数の周波数帯域毎に自乗平均した出力を回路的に演算し、通常の比率を超えた周波数帯域の出力を、ノイズの周波数を受けたチャンネルとして省く操作をデジタルシグナルプロセッサで行なわせてリアルタイムでデータ処理する信号処理手段を付加した構成としている。
【００７０】
すなわち、図５に示すように、各検出器１−１の出力を、プリアンプ１−５からＭＳＶモジュール４−５に入力し、内部のバッファアンプ４−１を介して複数のアクティブフィルタ回路４−２に入力して、各々の周波数帯域毎の成分に分離する。さらに、各アクティブフィルタ回路４−２の出力を、対応する複数のＡＤＣ回路４−３を介してＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）回路４−４に入力し、各出力の和と各出力の比率を演算し、ある一定の比率を超えたチャンネルは、ノイズのチャンネルと判断して加算から除き、最後に除いたチャンネル数に比例する補正項を乗算して出力とする。
【００７１】
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、検出器１−１のキャンベル測定時の振動によるノイズを低減することができる。
【００７２】
すなわち、キャンベル回路では、検出器１−１の出力の揺らぎの成分から、発生中性子量を求めている。
【００７３】
図６のキャンベル回路の原理図に示すように、検出器１−１の電子による揺らぎの成分に一致するように、周波数帯域（１００〜４００ｋＨｚ）を選定し、出力の２乗成分から中性子量を求めている。検出器１−１に、振動ノイズまたは電磁ノイズが混入した場合、図６の検出器１−１の出力の周波数成分に、ノイズの周波数に相当する成分が追加される。ＭＳＶモジュール４−５の周波数帯域を、複数の区間（図では４区間）に分割し、各々の区間の２乗成分を加算することにより、ＭＳＶ回路と同様の機能を持たせることができる。
【００７４】
例えば、帯域３にノイズの周波数成分がある場合、この帯域の出力は、他の帯域の出力に対してその比率が高くなる。そして、この比率からノイズの侵入を検知し、出力の加算から除くことにより、ノイズの影響を除くことができる。
【００７５】
この方式では、高速のＡＤＣでデータを計算機１−１４に取り込む方法に比べて、より一層短時間で処理を行なうことができるという利点がある。
【００７６】
（第４の実施の形態の変形例１：請求項７に対応）
図７は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置におけるノイズ対応パルス回路の構成例を示すブロック図である。
【００７７】
本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置は、前述した第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置において、パルス計数領域でノイズがネガティブ成分の信号成分を持つことを利用し、ノイズをカウントしない信号処理をリアルタイムで行なう信号処理手段を付加した構成としている。
【００７８】
すなわち、図７に示すように、各検出器１−１の出力を、プリアンプ１−５からノイズ対応パルス回路モジュール４−１２に入力する。
【００７９】
内部のバッファアンプ４−１を介して、一つはノイズ弁別回路４−６に入力してノイズを選別し、このノイズの数をパルス発生回路４−７とスケーラ１−８でカウントし、もう一つは遅延回路４−８に入力して遅延し、ノイズ発生時に、パルス発生回路４−７の補正パルスに遅延回路４−８の遅延出力を加算回路４−９で加算する。
【００８０】
さらに、加算回路４−９の出力を、信号弁別回路４−１０に入力して弁別レベル以下のレベルとし、基準パルス発生回路４−１１に入力して基準パルスをスケーラ１−８に発生させることにより、ノイズ信号のレベルを低下させて、カウントされないようにする。
【００８１】
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、検出器１−１のパルス計数測定時の振動によるノイズを低減することができる。
【００８２】
すなわち、パルス計数モードでは、周波数成分で弁別できないため、入力信号レベル（ノイズの場合、正負の振動成分がある）からノイズを除去する回路を設けてノイズの影響を取り除く。
【００８３】
図８に示すように、ノイズがない場合には、Ａ、Ｂのように、信号が信号弁別レベルを越えた時に、基準パルスを発生させて、パルスの数を測定している。
【００８４】
また、Ｃのように、負の成分を持つノイズの場合には、ノイズ弁別レベルを負に設定することにより、ノイズを弁別して、Ｄの基準パルス、Ｅの波形補正パルス（パルス幅Ｔｗ）を発生させる。
【００８５】
ノイズ信号は、遅延回路４−８を介してΔＴだけ遅れた信号（Ｆ）とし、波形補正パルスと加算することにより、波高値が低くなり、Ａの信号弁別レベル以下の信号となり、カウントされなくなる。
【００８６】
補正パルス幅（Ｔｗ）の間、欠測状態となるので、これを補正するため、スケーラ１−８では、信号と同じようにノイズの基準パルスの数も測定しており、計数率の補正は次のような式で与えられる。
【００８７】
計数率＝（Ｎｓ）／（Ｔｓ−Ｎｎ×Ｔｗ）
Ｔｓ；サンプリング時間
Ｎｓ；サンプリング時間Ｔｗの信号基準パルス数
Ｎｎ；サンプリング時間Ｔｗのノイズ基準パルス数
（第４の実施の形態の変形例２：請求項８に対応）
図９は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置におけるパルス回路系ノイズ対策回路の構成例を示す概要図である。
【００８８】
本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置は、前述した第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置において、検出器１−１の信号ケーブルであるＭＩケーブル１−４の配線のルートを、垂直断面内とするようにしている。
【００８９】
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、ＭＩケーブル１−４の配線のルートを、垂直断面内としていることにより、ＭＩケーブル１−４、検出器サポート（固定金物）２−１、ケーブルサポート（固定金物）２−２、バックプレート（取付座）０−２で形成される閉回路が、ポロイダル磁場と交差しない配置とすることができる。
【００９０】
すなわち、図９に示すように、閉回路とポロイダル磁場（Ｂｐ）とが交差しないため、閉回路に渦電流が生じない。このため、トロイダル磁場（Ｂｔ）と渦電流の電磁力が働かないので、ＭＩケーブル１−４が振動せず、アコースティックノイズが発生しない。
【００９１】
また、ＭＩケーブル１−４に繋がっている検出器１−１も振動しないので、検出器１−１のノイズを低減することができる。
【００９２】
このようにして、検出器１−１の信号ケーブルであるＭＩケーブル１−４の配線が、ディスラプション時の電磁応力を低減でき、ＭＩケーブル１−４の振動によるノイズを低減することができる。
【００９３】
（第５の実施の形態：請求項９に対応）
図１０は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における２重電磁シールドと２重真空シールドの構成例を示す断面図である。
【００９４】
すなわち、図１０に示すように、信号ケーブルであるＭＩケーブル１−４を覆う２重シールドの外側導体３−２の端部に、外側導体フランジ５−２を設け、かつメタルパッキンであるメタルガスケット５−３を介して、補助真空箱５−４に電気的、真空的に接続固定して真空境界とし、ＭＩケーブル１−４を、絶縁型の信号導入端子５−５に信号コネクタ５−１でコネクタ接続して、各検出器１−１の出力を真空容器外に伝達する構成としている。
【００９５】
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、コネクタ部に補助真空箱５−４を設けていることにより、ノイズ対策のための２重電磁シールドと、真空中のトリチウム漏洩予防の２重真空シールとを同時に実現することができる。
【００９６】
すなわち、ＭＩケーブル１−４の長さと、イオンサイクロトロン波加熱の電磁波の波長が近いので、アンテナ効果で回路系にノイズが混入することから、これを有効に阻止するために、２重シールドを行なっているが、通常の２重シールドと異なり、真空の２重シールドも合わせて行なっているため、より確実に電磁シールドすることができる。
【００９７】
具体的には、本実施の形態では、図１０に示すように、真空容器境界の絶縁物（セラミックス）部分を２重の真空シールとすることにより保護している（真空容器内には放射性物質のトリチウムガスが存在するので、セラミックス等の金属壁に比べて信頼性の劣る材質の真空境界は、２重化する必要がある）。
【００９８】
ここで、重要な点は、２重シールド外側導体３−２と補助真空容器の厚みは、想定される電磁波の表皮厚よりも十分厚くしておく必要がある。
【００９９】
ちなみに、ステンレスの場合、表皮厚みが厚くなる低い周波数の電磁波の周波数（イオンサイクロトロン波加熱用電磁波の周波数５０×１０６Ｈｚ）を対象に計算すると、
表皮厚み＝｛２／（μωσ）｝1/2 
となる。
【０１００】
また、ステンレスの代わりに、３００℃の純鉄の比抵抗ρ＝３１×１０-8（Ω・ｍ）を使用し、
ω＝２π×５０×１０６
μ＝４π×１０-7
から、表皮厚み＝０．０４ｍｍとなる。
【０１０１】
電磁波の強度が強いので、十分なシールドを行なう必要があるが、１ｍｍもあれば十分である。
【０１０２】
（第６の実施の形態：請求項１０、請求項１１に対応）
図１１および図１２は、本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における校正装置の構成例を示す概要図である。
【０１０３】
本実施の形態による核融合炉出力モニタ装置は、前述した第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置において、真空容器６−１１内に設置され、永久磁石６−９を内蔵する回転円盤６−４および軸受け６−１０と、真空容器６−１１外に校正等の必要時に取り付けられ、回転円盤６−４を駆動して校正用の線源６−１を所定の位置まで移動する回転磁場発生器６−７とからなる校正装置を付加した構成としている。
【０１０４】
すなわち、図１１に示すように、線源６−１を案内管６−５の中に封入し、滑車６−３と回転円盤６−４でワイヤ６−２を介して移動する。また、回転円盤６−４は、図１２に示すような回転磁場発生器６−７による回転磁場により、永久磁石６−９付きの円盤を回転させる。
【０１０５】
また、図１１では、校正用の線源６−１を内部に封入する案内管６−５は直線的な形状となっているが、実際には、前記図１に示すように、バックプレート０−２に沿って、検出器１−１と一定の距離を保って設置しており、精度の良い検出器１−１の校正が可能な配置となっている。
【０１０６】
さらに、６−６は駆動部、６−８は回転磁場発生器コントローラ、１−１４は計算機である。
【０１０７】
従って、以上のように構成した本実施の形態の核融合炉出力モニタ装置においては、定検等の必要時、例えば１年に１回程度、真空容器６−１１外に回転磁場発生器６−７を取り付けて、真空容器６−１１内の回転円盤６−４を駆動して校正用の線源６−１を所定の位置まで移動することにより、検出器１−１の感度を校正することができる。
【０１０８】
この場合、回転磁場発生器６−７は、定検時以外は、被曝量の少ない場所に保管されており、放射線損傷を受けることがない。また、可動部を真空シールする必要はなく、トリチウム等のリークの心配がない。
【０１０９】
すなわち、原子炉の場合、炉の出力を一定にした状態で、検出器を案内管に挿入し、校正したい検出器の近くに設置し、感度を校正するようにしている。
【０１１０】
また、核融合炉の場合、案内管の設置スペース等の問題があり、検出器を炉内に入れて移動することは困難であり、小型の線源を細いパイプに挿入して移動する方法が採用される。一方、細いパイプを延長して大気中から線源を挿入移動する方法は、真空容器内に放射性ガス（トリチウム）が存在することから、安全性の観点から採用されない。
【０１１１】
真空中で線源を駆動する場合、駆動源を真空中に設置するか、外部から真空中に駆動力を導入する方法の２つがある。前者の場合、例えばモータの場合、絶縁物の耐放射線性から、長期にわたって設置することは困難である。また、外部から駆動力を導入する方法としては、回転導入端子等を使用することが考えられるが、真空シールの信頼性の問題から使用は好ましくない。
【０１１２】
この点、本実施の形態では、校正試験は、定期点検毎に実施されるとすると、１年に１回程度であり、図１１に示すように、線源６−１を案内管６−５の中に封入し、滑車６−３と回転円盤６−４でワイヤ６−２を介して移動する。回転円盤６−４は、回転磁場発生器６−７による回転磁場で、永久磁石６−９を内蔵した円盤を回転させる。
【０１１３】
回転磁場発生器６−７は、定期点検毎に使用し、普段は、放射線レベルの低い場所に保管するため、放射線損傷を受けることはない。
【０１１４】
線源６−１を、所定の位置まで移動することにより、各検出器１−１の感度が校正される。
【０１１５】
この場合、案内管６−５は、実際には、バックプレート０−２に沿って、検出器１−１と一定の距離を保って設置されているため、検出器１−１の校正を精度良く行なうことができる。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の核融合炉出力モニタ装置によれば、プラズマ位置のずれ、熱負荷、核発熱、電磁応力、電磁ノイズ等の影響を受けることなく、核融合炉の出力を正確に測定することが可能となる。さらに、検出器の感度を定期的に校正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における検出器の配置構成例を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における基本システムの構成例を示すブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における検出器および信号ケーブルの配線構成例を示す概要図。
【図４】本発明の第３の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における検出器および検出器容器の要部構成例を示す概念図。
【図５】本発明の第４の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置におけるＭＳＶモジュールの構成例を示すブロック図。
【図６】本発明の第４の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置におけるキャンベル回路の原理を説明するための図。
【図７】本発明の第４の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置におけるノイズ対応パルス回路の構成例を示すブロック図。
【図８】本発明の第４の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置におけるパルス回路系ノイズ対策を説明するための図。
【図９】本発明の第４の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置におけるパルス回路系ノイズ対策回路の構成例を示す概要図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における２重電磁シールドと２重真空シールドの構成例を示す断面図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における校正装置の構成例を示す概要図。
【図１２】本発明の第６の実施の形態による核融合炉出力モニタ装置における校正装置の構成例を示す概要図。
【符号の説明】
０−１…真空容器、
０−２…バックプレート、
０−３…ポートフランジ、
０−４…ブランケット、
１−１…検出器、
１−２…検出器容器、
１−３…信号導入端子、
１−４…ＭＩケーブル、
１−５…プリアンプ、
１−６…総合アンプ、
１−７…光伝送モジュール、
１−８…スケーラ＆メモリ、
１−９…ＡＤＣ＆メモリ、
１−１０…インターフェース、
１−１１…プリアンプボックス、
１−１２…信号処理盤、
１−１３…データ処理盤、
１−１４…計算機、
２−１…検出器サポート、
２−２…ケーブルサポート、
３−１…絶縁物（セラミックス）、
３−２…２重シールド外側導体、
４−１…バッファアンプ、
４−２…アクティブフィルタ、
４−３…ＡＤＣ回路、
４−４…ＤＳＰ回路、
４−５…新方式ＭＳＶモジュール、
４−６…ノイズ弁別回路、
４−７…パルス発生回路、
４−８…遅延回路、
４−９…加算回路、
４−１０…信号弁別回路、
４−１１…基準パルス発生回路、
４−１２…ノイズ対応パルス回路モジュール、
５−１…信号コネクタ、
５−２…外側導体フランジ、
５−３…メタルガスケット、
５−４…補助真空箱、
５−５…絶縁型信号導入端子、
６−１…線源、
６−２…ワイヤ、
６−３…滑車、
６−４…回転円盤、
６−５…線源案内管、
６−６…駆動部、
６−７…回転磁場発生器、
６−８…回転磁場発生器コントローラ、
６−９…永久磁石、
６−１０…軸受け、
６−１１…真空容器。
【図１】
0004098469.tif 000002
【図２】
0004098469.tif 000003
【図３】
0004098469.tif 000004
【図４】
0004098469.tif 000005
【図５】
0004098469.tif 000006
【図６】
0004098469.tif 000007
【図７】
0004098469.tif 000008
【図８】
0004098469.tif 000009
【図９】
0004098469.tif 000010
【図１０】
0004098469.tif 000011
【図１１】
0004098469.tif 000012
【図１２】
0004098469.tif 000013