(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
融合装置用の固体水素アイソトープシェルを伴う不純物ペレットインジェクターであって；
１）真空室；
２）インジェクターバレル；
３）シエルの形成型であって、そのキャビティーがインジェクターバレルのキャビティーに連結しているシエルの形成型；
４）シェル形成型用の冷却システム；
５）シェルの形成型に連結している不純物ペレットのホルダー；
６）不純物ペレットのホルダーに装着されていて、その末端で不純物ペレットを不純物ペレットのホルダーからシェルの形成型のキャビティー中に移動することのできるプッシャー；
７）シェルの形成型とインジェクターバレルと不純物ペレットのホルダーのキャビティーとに連結したガス供給システム；
８）真空室とインジェクターバレルと不純物ペレットのホルダーとシェルの形成型とを真空にする為の真空ポンプシステム；及び
９）真空室の外側でプッシャーに連結された不純物ペレットプッシャー用駆動装置、
を含む不純物ペレットインジェクターにおいて、プッシャーが、その内側に造られたチャンネルを有しており、該チャンネルの末端が、直径が不純物ペレットのサイズよりも小さく造られている入口開口部となっており、真空室の外側にチャンネルの出口開口部が存在し、チャンネルの出口開口部を介して真空ポンプシステムに連結されている事を特徴とする不純物ペレットインジェクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御可能な熱核合成の分野に係り、融合装置においてプラズマ診断の為に適用できる。
【従来の技術】
今までに報告されている融合装置用の不純物ペレットインジェクターは、不純物ペレット（例えば、炭素又はリチウム）をプラズマ中に噴射して、この様にして造られた障害からそのパタメーターを確証するものであった(P.T. Lang et al., Compact gas gun injection system for variable sized solid pellets. Review of Scientific Instruments, 1994, v. 65, No. 7, pp. 2316-2321)。これらのインジェクターは、不純物ペレット（例えば、炭素又はリチウム）をプラズマ中に投げ込んでプラズマパラメーターについて判断を下すものであった。この様なインジェクターの持つ問題は、不純物が、プラズマパラメーターを確証するのに最も重要な中心帯に侵入せずにプラズマの周辺で蒸発を開始する点にある。
【０００２】
又、ポリスチレンシェル中にカプセル化された不純物ペレットのインジェクターが、プラズマ中への不純物の侵入の深さを増加させる為に使用されることが報告されている(K.V. Khlopenlov, S. Sudo, Production and acceleration of tracer encapsulated solid pellets for particle transport diagnostics. Review of Scientific Instruments, 1998, v. 69, No. 9, pp. 3194-3198)。このシェルは、蒸発から不純物を保護し、プラズマ中への不純物の侵入の深さを増加させる。このインジェクターの欠点は、シェルが、周知の通り、水素アイソトープのイオン化原子から成る溶融プラズマの不純物を代表する点にある。従って、二種類の不純物から造られた障害から、プラズマの真のパラメーターを確証することが一層困難となる。
固体水素アイソトープシェルを伴う不純物ペレットインジェクターは、ここで提案されるものに一番近いものである。このインジェクターは、固体水素アイソトープのシェルの形成型を収容する真空室、シェル形成型用冷却システム、バレル、不純物ペレットのホルダー及びそのプッシャー、ガス供給システム、不純物ペレットプッシャー用の駆動装置及びシェル形成型用の駆動装置を含む(S. Sudo, H. Itoh, K. Khlopenkov, Tracer-encapsulated cryogenic pellet production for particle transport diagnostics. Review of Scientific Instruments, 1997, v. 68, N0. 7, pp. 2717-2724)。
【０００３】
形成型は二つのプレートを含み、互いに且つ形成型自体が相対的に移動する。
その様な不純物ペレットのプラズマ中への噴射によって、シェルは、プラズマ中に何らの不純物も導入すること無しにプラズマ周辺で蒸発し、一方、不純物ペレットはプラズマ中心帯で障害を造る為に蒸発を開始する。この様にして造られた障害から、プラズマパラメーターを確証することは可能である。
このインジェクターの欠点は、シェル中における不純物ペレットの形成についての不十分な信頼性にある。プレート（水素アイソトープのタイプによって１０Ｋ〜１５Ｋの間の温度にある）の一つにシェルを半分形成し、その様な半分のシェルに不純物ペレットを収容することによって、第二プレートにおいてシェルの残りの半分の凝縮と形成の目的の為に余分のガス状水素アイソトープ吸気に伴って起こる、シェル形成型の内側でのこのプレートの移動が起こる。二つのプレートの開口部は同軸に且つ正確に位置決めされなければならず、それによって二つの半分シェルは、噴射中にシェルを崩壊させる原因となるかも知れないその側面における突出のない全体が一つのものを造る。凝縮の為にシェルの第二半分に更に供給されるガスの量は、既に形成された最初の半分の量と同じか過剰であるが、その熱容量は、ガス温度が１５Ｋよりも高い為に、シェルの形成された半分のそれよりも本質的に大きい。従って、シェルの第二半分の凝縮は、シェルの既に形成された半分の部分的ウォーミングアップ或いは均等な溶融の結果の熱を放出する。両者によって、プレートは不純物ペレットを伴うシェルをバレル軸に向けて移動させ、又、シェルへの熱流入における摩擦及び変化によって熱放出をもたらす。シェル内部の温度変化は熱応力を造り出す。シェルは、ウォーミングアップによって柔軟になり、不純物ペレットは、その内部における熱応力と通常流動の作用を受けて、シェル中心からその末端へ位置を変えるかも知れない。この場所では、シェルは、プラズマ中へ侵入してその周辺で瞬時の蒸発を受ける不純物ペレットを実際には封入しない。これは、中心のプラズマ帯のパラメーターを診断する為の装置としてのインジェクターの信頼性を減少させる。このインジェクターのその他の欠点は、部品中で、形成される不純物ペレットとシェルの両方を移動させ且つ正確に位置決めさせる必要性の為に設計が複雑である点である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の助けによって解決されるべき問題は、固体水素アイソトープシェルにカプセル化される不純物ペレットの形成及び噴射の信頼性を高める事である。
本発明の技術的成果は、固体水素アイソトープシェルにカプセル化された不純物ペレット用インジェクターが、簡単な設計になった点である。
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、次の様にして解決される。１）インジェクターバレルを収容する真空室、２）シェルの形成型であって、そのキャビティーがインジェクターバレルのキャビティーに連結されているシェルの形成型、３）シェル形成型用冷却システム、４）シェルの形成型に連結された不純物ペレットのホルダー、５）不純物ペレットのホルダーに装着されていて、ペレットをその末端で不純物ペレットのホルダーからシェルの形成型のキャビティー中に移動させる事のできるプッシャー、６）シェルの形成型とインジェクターバレルと不純物ペレットのホルダーのキャビティーとに連結したガス供給システム、７）真空室とインジェクターバレルと不純物ペレットのホルダーとシェルの形成型とを真空にする為の真空ポンプシステム、及び８）真空室の外側で、プッシャーに連結した、不純物ペレットプッシャー用駆動装置を含む固体水素アイソトープシェルを伴う不純物ペレットインジェクターにおいて、本発明によれば、不純物ペレットのプッシャーの内側に造られたチャンネルを有しており、該チャンネルの末端が、直径が不純物ペレットのサイズよりも小さく造られている入口開口部となっており、真空室の外側にチャンネルの出口開口部が存在し、プッシャーのチャンネルの出口開口部を介して、真空ポンプシステムが、更に、それに連結されている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の本質は、不純物ペレットのプッシャーがチャンネルを有し、それを介してガスが供給され且つ吸引できるが不純物は侵入できない点にある。
この装置の本質的な特徴は、固体水素アイソトープのシェルが、シェルの形成中に移動しない不純物ペレットの周りに形成される点にある。シェルそれ自身は、インジェクターバレルでの加速の開始前には形成型内で移動しない。
本発明によるこの装置は、公知の装置とは著しく相違する。不純物ペレットがホルダーから供給されると、シェルの形成型に運ばれて、シェル形成中に、不純物ペレットは、ペレットとプッシャーチャンネルの壁との間のスロットを通って排出されるガス流によってプッシャーチャンネル中の入口開口部に向けて加圧される。ガスが固化するにつれ、そしてシェルが不純物ペレットの周りに形成されるにつれて、ガスの固化が、同様にプッシャーチャンネルの内側で起こる。次の不純物ペレットをピックアップする為にホルダーに向けて移動する為にプッシャーが形成されたシェルの外にゆっくりと移動するにつれて、プッシャーチャンネル内部の凍結固体水素アイソトープが昇華を開始し、移動するプッシャーによってシェル内に残されるキャビティーの内側で凝縮を開始する。この様に、プッシャーは、不純物ペレットを捕獲し保持する為の真空ピンセットとして使用されるばかりでなく、不純物ペレットの周りでシェルの形成を完結させる為の水素アイソトープ源としても使用される。
本発明の利点及び特徴は、添付の図面を参照してその実施の最善の態様によって説明される。
【０００６】
図１及び２は、次の表記を有する：１−真空室、２−シェルの形成型、３−シェル形成型用冷却システム、４−インジェクターバレル、５−不純物ペレットのホルダー、６−不純物ペレット、７−不純物ペレットのプッシャー、８−ガス供給システム、９−真空ポンプシステム、１０−不純物ペレットのプッシャー用駆動装置、１１−不純物ペレットのプッシャー中のチャンネル、１２−プッシャーチャンネル中の入口開口部、１３−プッシャーチャンネル中の出口開口部、１４−固体水素アイソトープのシェル。
融合装置用の固体水素アイソトープシェルを伴う不純物ペレットインジェクター（図１）は、真空室（１）、インジェクターバレル（４）、シェル（１４）の形成型（２）（形成型のキャビティーはバレルのキャビティーに連結している）、シェルの形成型（２）用冷却システム、形成型（２）に連結する不純物ペレット（６）のホルダー（５）、ホルダー（５）に装着されていて、その末端でペレットをホルダーからシェルの形成型のキャビティー中に移動させることのできるプッシャー（７）、形成型（２）とホルダー（５）及びインジェクターバレル（４）のキャビティーと連結しているガス供給システム（８）、真空室（１）とバレル（４）とシェル（１４）の形成型（２）及び真空室（１）の内側に配置された不純物ペレット（６）のホルダー（５）を真空にする為の真空ポンプシステム（９）、真空室（１）の外側でプッシャーに連結されたプッシャー用駆動装置（１０）を有する。
【０００７】
プッシャー（７）は、その内側で、プッシャーチャンネル中に入口開口部（１２）を持つプッシャー（７）の前記末端に連結されるチャンネル（１１）を有する。入口開口部（１２）の直径は不純物ペレットのサイズよりも小さい。真空室（１）の外側のプッシャー（７）中にはプッシャーチャンネル（１１）の出口開口部（１３）が存在する。チャンネル（１１）の出口開口部を介して、真空ポンプシステム（９）が、更に、プッシャー（７）のチャンネル（１１）に連結されている。
【０００８】
固体水素アイソトープシェルを伴う不純物ペレットインジェクター（図１）は、次の様に操作する。
全てのインジェクターキャビティーを排気して、冷却システム（３）でシェルの形成型（２）の温度を、シェル（１４）が形成される水素アイソトープの臨界点温度以上の約５Ｋ〜１０Ｋの水準まで下げる。所定のガス状水素アイソトープは、ガス供給システム（８）からシェル（１４）の形成型（２）とホルダー（５）及びバレル（４）へ引き出されて、不純物ペレット（６）のみのプッシャー（７）中のチャンネル（１１）を介して真空ポンプシステム（９）で排気され、それによってプッシャー（７）を通る方向性のガス流を発生させる。プッシャー（７）用の駆動装置（１０）は、図２ａで示される様に配置する。この位置で、ホルダー（５）中に存在する不純物ペレット（６）は、不純物ペレットが入口開口部（１２）を通ってガスと一緒には移動できないので、方向性ガス流によって、それ自身をプッシャー（７）に取り付ける為に（バレル（４）のキャビティーとプッシャー（７）のチャンネル（１１）を真空にする時にシステム（９）によって造られる異なる圧力によって、或いは、その他、例えば機械的にその方向に向けて移動することによって）プッシャー（７）中の入口開口部（１２）に向けて吹き飛ばされる。この為に、プッシャー（７）のチャンネル（１１）中の入口開口部（１２）は、不純物ペレットよりも小さくなければならない。プッシャー（７）用の駆動装置（１０）はプッシャー及びそれと一緒に存在する不純物ペレット（６）を、ホルダー（５）からシェルの形成型（２）へと運び、図２ｂで例示される様に不純物ペレット（６）をバレル軸（４）の上に位置付けする。冷却システム（３）は、シェルの形成型（２）の温度を、ガス状水素アイソトープの固化温度以下の約３Ｋ〜１０Ｋの水準にまで下げる。ガスは、形成型（２）キャビティー及びプッシャーチャンネル（１１）の両方で固化し、不純物ペレット（６）と共にプッシャー（７）の周りにシェル（１４）を形成する（図２ｃ参照）。真空ポンプシステム（９）は、プッシャーチャンネル（１１）中の出口開口部から切り離されてチャンネルを通過するガス流を遮断する。プッシャー（７）は、不純物ペレットのホルダー（５）に向けて戻り、シェル（１４）の外にゆっくりと移動する（図２ｄ参照）。不純物ペレット（６）とプッシャー（７）の接触面積は、不純物ペレット（６）とその周りに凍結されたシェル（１４）との間の接触面積よりも小さく、不純物ペレット（６）は、シェル（１４）中に固定してプッシャーから離脱する。ＬＨＤ融合装置（日本）中への不純物ペレット（６）の噴射の為の特徴的シェルサイズは３ｍｍ（直径と長さ）であり、一方、不純物ペレット（６）のサイズは０．１〜０．２ｍｍである。その様なサイズに対して、プッシャーチャンネル（１１）の入口開口部（１２）は、直径で０．０５ｍｍ、プッシャーチャンネルそれ自身は直径で０．２〜０．３ｍｍ、一方、プッシャー（７）は外径で０．５〜０．６ｍｍであることができる。プッシャー（７）がホルダー（５）に向けて移動する際に、プッシャーチャンネル（１１）で凍結された固体水素アイソトープは昇華を起こす。蒸気は、蒸気を充填してシェル（１４）の形成を完結する事によってキャビティー内で固化させる為に、プッシャー（７）の移動によってシェル（１４）中に形成されるキャビティーに入る（図１参照）。この様にしてプッシャー（７）によって残されたキャビティーの直径は０．５〜０．６ｍｍであり、その長さは１．５ｍｍである。従って、充填されるキャビティーの容積は、既に形成されたシェル（１４）の容積の２％に過ぎない。水素アイソトープのその様な量の昇華及び固化に起因する温度変化は少なく、昇華する蒸気温度はシエル（１４）の温度に接近しているので、それによって全体のシェル（１４）の劇的な温度変化を造り出すことはない。シェル（１４）形成に続いて、融合装置へインジェクターを連結するルートがそこに開かれる。ガス供給システム（８）は、シェルを融合装置のプラズマに送りながら、インジェクターバレル中で、不純物ペレット（６）と一緒にシェル（１４）を加速するガスを素早く後押しする。冷却システム（３）は、水素アイソトープの臨界点よりも高い５Ｋ〜１０Ｋに成るまで形成型（２）の温度を調整し、真空ポンプシステム（９）での排気に続いて、シェル（１４）中にカプセル化される不純物ペレット（６）の形成と噴射のサイクルが繰り返される。サイクルの長さは５〜１０分である。所望の形状のシェルの形成を引起す為には、シェルの形成型（２）がインジェクターバレル（４）に対して適当なチャンネル同軸性を有することが必要である。チャンネル直径は、バレル（４）の内径と等しくなければならず、その長さは所望のシェル（１４）長さに等しくなければならない。噴射中に後押しするガスを供給する為に、二つの相対する側にはバレル（１４）と形成型（２）チャンネルに連結した管が存在する。管は枠冷却システム（３）によって冷却されず、形成されたシェル（１４）の長さを調整する為のヒーターを装着することができるので、ガス状水素アイソトープはバレル（４）及び管には凝縮しない。
【０００９】
本発明によれば、固体水素アイソトープシェルを伴う不純物ペレットインジェクターは、固体水素アイソトープのシェル形成中に、インジェクターバレル（４）軸上に直線にシェル形成型（２）中の不純物ペレット（６）の確実な供給と保持を提供する。シェル形成の過程では、不純物ペレット（６）とシエル（１４）は、噴射の為に直ぐに固定し、この提案されたインジェクターの設計を一層簡単なものとし且つ操作を容易とし、更に、不純物ペレット（６）噴射の信頼性を高める。
将来建設されるＩＴＥＲ反応器及びＬＨＤ（日本）、現在操業中のＡＳＤＥＸ−ＵＰＧＲＡＤＥ（ドイツ）装置等の観点から、固体水素アイソトープを伴う不純物インジェクターは、融合装置での高温プラズマを診断するのに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】不純物ペレットインジェクターの機能的模式図である。
【図２】プッシャーが移動する際のインジェクター中でのシェル形成の模式的表示である。
２ａ）ペレットが捕獲された瞬間のホルダー中の不純物ペレットのプッシャーの位置を示す。
２ｂ）インジェクターバレル軸上のシェルの形成型中のペレットを伴うプッシャーの位置を示す。
２ｃ）ガス状水素アイソトープが凝縮と固化を経験する、シェルの形成型中の及びプッシャーチャンネル中のキャビティーを示す。
２ｄ）不純物ペレットの周りに形成され、不純物ペレットのプッシャーの移動後に出来たキャビティーを有する、固体水素アイソトープのシェルを示す。
【図１】
0003739697.tif 000002
【図２】
0003739697.tif 000003