JPS6051069B2 - プラズマ制御装置 - Google Patents
プラズマ制御装置Info
- Publication number
- JPS6051069B2 JPS6051069B2 JP52157253A JP15725377A JPS6051069B2 JP S6051069 B2 JPS6051069 B2 JP S6051069B2 JP 52157253 A JP52157253 A JP 52157253A JP 15725377 A JP15725377 A JP 15725377A JP S6051069 B2 JPS6051069 B2 JP S6051069B2
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- Japan
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- magnetic field
- plasma
- current
- coil
- control
- Prior art date
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、核融合装置におけるプラズマ制御装置にかか
り、特にその磁場制御コイルの電流制御に関するもので
ある。
り、特にその磁場制御コイルの電流制御に関するもので
ある。
トカマク装置などの核融合装置においては、トーラス状
（円環状）のプラズマの平衡を得ることを目的として各
種の磁場制御コイルを設け、これらのコイルの電流の制
御が行なわれる。
（円環状）のプラズマの平衡を得ることを目的として各
種の磁場制御コイルを設け、これらのコイルの電流の制
御が行なわれる。
たとえばトーラス状のプラズマはトーラスの内側では磁
場が強く外側では弱いため、常にトーラスの半径（プラ
ズマの大半径Ｒｐ）が大きくなる方向に力を受けている
。この力を打ち消してＲｐを一定に保つために垂直磁場
コイルを設け、これに電流を供給してトーラス内側の磁
場を弱め、外側の磁場を強める方向に垂直磁場Ｂ２を加
える。Ｂ２の強さを調節することによりＲｒの大きさを
調節することができ、これをプラズマの水平方向制御と
称している。その他、トーラスの上下方向の位置の制御
すなわち垂直方向制御のために水平磁場コイル、プラズ
マの断面の形状を制御するために四重磁場コイルなどが
あるが、これらも各コイルの発生する磁場を制御してプ
ラズマの平衡を保つもので、水平方向制御の場合と同じ
である。したがつて以下水平方向制御を例にとつて説明
する。第１図はプラズマの水平方向の変位Ｘと垂直磁場
コイルに加える電圧ＶＶ）同コイルに流れる電流１、お
よび垂直磁場Ｂ２などの間の関係を示すブロック線図で
ある。
場が強く外側では弱いため、常にトーラスの半径（プラ
ズマの大半径Ｒｐ）が大きくなる方向に力を受けている
。この力を打ち消してＲｐを一定に保つために垂直磁場
コイルを設け、これに電流を供給してトーラス内側の磁
場を弱め、外側の磁場を強める方向に垂直磁場Ｂ２を加
える。Ｂ２の強さを調節することによりＲｒの大きさを
調節することができ、これをプラズマの水平方向制御と
称している。その他、トーラスの上下方向の位置の制御
すなわち垂直方向制御のために水平磁場コイル、プラズ
マの断面の形状を制御するために四重磁場コイルなどが
あるが、これらも各コイルの発生する磁場を制御してプ
ラズマの平衡を保つもので、水平方向制御の場合と同じ
である。したがつて以下水平方向制御を例にとつて説明
する。第１図はプラズマの水平方向の変位Ｘと垂直磁場
コイルに加える電圧ＶＶ）同コイルに流れる電流１、お
よび垂直磁場Ｂ２などの間の関係を示すブロック線図で
ある。
この図にしたがつてＸの制御を説明するが、以下電圧、
電流、磁束密度などは定常値からの変化分のみについて
考える。第１図において、垂直磁場コイルに他の導体あ
るいはコイルの電流からの誘導電流がないときの電流を
Ｉ、、であられしている。
電流、磁束密度などは定常値からの変化分のみについて
考える。第１図において、垂直磁場コイルに他の導体あ
るいはコイルの電流からの誘導電流がないときの電流を
Ｉ、、であられしている。
Ｖｖ（５１、、との関係は、垂直磁場コイル特性１が抵
抗Ｒ、、インダクタンスＬｖによりあられせるので、１
１、■（士） ・ Ｖｖ・・・・・・（１）のように与
えられる。
抗Ｒ、、インダクタンスＬｖによりあられせるので、１
１、■（士） ・ Ｖｖ・・・・・・（１）のように与
えられる。
実際には同コイルに流れる電流Ｉ、は、他の導体あるい
はコイルとの磁気的相互結合によつて生ずる電流成分１
、。やプラズマ；の変動によつて生ずる電流成分Ｉｖｓ
を含むので、比較部分２において、Ｉｖ＊１リーＩｖｓ
ｆｌｖｍ゜゜゜゜゜゜（２）のように、Ｉ、、、−１、
ｓ、Ｉｖｍが加え合わされてＩｖを生する。
はコイルとの磁気的相互結合によつて生ずる電流成分１
、。やプラズマ；の変動によつて生ずる電流成分Ｉｖｓ
を含むので、比較部分２において、Ｉｖ＊１リーＩｖｓ
ｆｌｖｍ゜゜゜゜゜゜（２）のように、Ｉ、、、−１、
ｓ、Ｉｖｍが加え合わされてＩｖを生する。
ＩｖｓはＸの変動によつて生ずるので、Ｉ、５とＸとの
間の伝達関数である垂直磁場コイルのシェル特性３はｘ
の微分を与える形であたえられ、となる。
間の伝達関数である垂直磁場コイルのシェル特性３はｘ
の微分を与える形であたえられ、となる。
ここで、Ｔｖは垂直磁場コイルの時定数である。
Ｌによつて垂直磁場Ｂｖがつくられる。ＢｖとＬとの関
係は、垂直磁場ゲインを１ｖとするとのように与えられ
る。実際にプラズマに作用する垂直磁場Ｂ２は、比較部
分５において、Ｂｖに他導体あるいはコイル電流のつく
る垂直磁場Ｂｄが加え合わされたものとなる。すなわち
Ｂ２によつてどの程度のプラズマ変位ｘが生ずるかはプ
ラズマゲインをＫｐとするとのように与えられる。
係は、垂直磁場ゲインを１ｖとするとのように与えられ
る。実際にプラズマに作用する垂直磁場Ｂ２は、比較部
分５において、Ｂｖに他導体あるいはコイル電流のつく
る垂直磁場Ｂｄが加え合わされたものとなる。すなわち
Ｂ２によつてどの程度のプラズマ変位ｘが生ずるかはプ
ラズマゲインをＫｐとするとのように与えられる。
ここで、Ｉｖｓは負符号で比較部分２に加わつている。
これは、Ｘが変動すると、この変動をさまたげる方向に
垂直磁場コイルに電流が誘起されることを意味している
。このように、コイルや導体に渦電流が流れてプラズマ
の変動を抑制する効果をシェル効果と呼び、プラズマの
閉じ込めを行う装置にとつて重要なはたらきである。と
ころで、従来の装置ではプラズマの平衡をるのに必要な
磁場をつくるため、コイル電流のフィードバック制御が
行われている。
垂直磁場コイルに電流が誘起されることを意味している
。このように、コイルや導体に渦電流が流れてプラズマ
の変動を抑制する効果をシェル効果と呼び、プラズマの
閉じ込めを行う装置にとつて重要なはたらきである。と
ころで、従来の装置ではプラズマの平衡をるのに必要な
磁場をつくるため、コイル電流のフィードバック制御が
行われている。
この場合、電流検出器によつて検出されるコイル電流は
第１図におけるＩ、であるから、この電流は１．ｓも含
んでいる。しかし電流フィードバック制御にとつてはＩ
ｖｓの変化は外乱であり、このような変化を打ち消すよ
うな制御が行われるので、結果的に電流フィードバック
制御はシェル効果というコイル本体のもつ重要なはたら
きを打ち消すことになる。本発はこのような不都合をと
り除き、よりすぐれた機能をもつプラズマ制御装置を提
供することを目的としている。次に本発明の構成を第２
図によつて説明する。
第１図におけるＩ、であるから、この電流は１．ｓも含
んでいる。しかし電流フィードバック制御にとつてはＩ
ｖｓの変化は外乱であり、このような変化を打ち消すよ
うな制御が行われるので、結果的に電流フィードバック
制御はシェル効果というコイル本体のもつ重要なはたら
きを打ち消すことになる。本発はこのような不都合をと
り除き、よりすぐれた機能をもつプラズマ制御装置を提
供することを目的としている。次に本発明の構成を第２
図によつて説明する。
プラズマ７は真空容器８の内部につくられ、垂直磁場コ
イル９のつくる垂直磁場により水平方向の位置が変えら
れる。垂直磁場コイル９にはサイリスタ電源装置１０よ
り電圧■９が供給され、電流Ｌが流れる。サイリスタ電
源装置１０は位相制御部分１１よりサイリスタの点弧位
相角αが与えられ、このαにより■９の大きさが変化す
る。位相制御部１１には電流制御調節部１２の出力であ
る電圧制御信号Ｖ。が入力される。垂直磁場コイルの端
子電圧Ｖｖは電圧検出器１３によつて検出され、これよ
り電圧検出信号Ｖ１が出力される。Ｖ１はコイル特性模
擬部１４の入力となる。このコイル特性模擬部１４は垂
直磁場コイルの特性を模擬・するものであり、第１図に
示した垂直磁場特性１すなわち−１−ーを演算増幅器そ
の他の演算機 Ｒｖ＋し・Ｓ能をもつ装置を用いて構成
している。
イル９のつくる垂直磁場により水平方向の位置が変えら
れる。垂直磁場コイル９にはサイリスタ電源装置１０よ
り電圧■９が供給され、電流Ｌが流れる。サイリスタ電
源装置１０は位相制御部分１１よりサイリスタの点弧位
相角αが与えられ、このαにより■９の大きさが変化す
る。位相制御部１１には電流制御調節部１２の出力であ
る電圧制御信号Ｖ。が入力される。垂直磁場コイルの端
子電圧Ｖｖは電圧検出器１３によつて検出され、これよ
り電圧検出信号Ｖ１が出力される。Ｖ１はコイル特性模
擬部１４の入力となる。このコイル特性模擬部１４は垂
直磁場コイルの特性を模擬・するものであり、第１図に
示した垂直磁場特性１すなわち−１−ーを演算増幅器そ
の他の演算機 Ｒｖ＋し・Ｓ能をもつ装置を用いて構成
している。
したがつて、コイル特性模擬部１４の出力であるｉ１は
第１図におけるＩ、１に相当する電流信号になる。プラ
ズマ７が真空容器８の内部で占める位置は磁気プローブ
１５を用いてプラズマ周辺の磁場を測定し、この測定値
をもとに位置検出器１６によつて検出される。位置検出
器１６の出力ｘは比較部１７においてプラズマ位置の基
準為と比較され、その差Ｘ。−Ｘは位置制御調節部１８
はその入力に比例、積分、微分などの演算を施し、電流
制御基準１。を出力する。比較部１９において、あらか
じめ設定されているプログラム電流基準１ｐにＩ。を加
えた信号とｉ１との差、すなわちＩｐ＋ＩＯ一１１をつ
くる。この信号１ｐ＋ＩＯ−１１は電流制御調節部１２
に入力される。電流制御調節部１２は入力に比例、積分
、微分など演算を行つて電圧制信号ＶＯを出力する。以
上に述べた位置制御調節部１８や電流制御調節部１２は
演算増幅器またはディジタル計算機を用いて構成するこ
とができる。次に本発明の作用を説明する。プログラム
電流基準１ｐはプラズマの水平方向の平衡を保つのに必
要な垂直磁場コイルの電流値であつて、プラズマの平衡
の式ここに μ。
第１図におけるＩ、１に相当する電流信号になる。プラ
ズマ７が真空容器８の内部で占める位置は磁気プローブ
１５を用いてプラズマ周辺の磁場を測定し、この測定値
をもとに位置検出器１６によつて検出される。位置検出
器１６の出力ｘは比較部１７においてプラズマ位置の基
準為と比較され、その差Ｘ。−Ｘは位置制御調節部１８
はその入力に比例、積分、微分などの演算を施し、電流
制御基準１。を出力する。比較部１９において、あらか
じめ設定されているプログラム電流基準１ｐにＩ。を加
えた信号とｉ１との差、すなわちＩｐ＋ＩＯ一１１をつ
くる。この信号１ｐ＋ＩＯ−１１は電流制御調節部１２
に入力される。電流制御調節部１２は入力に比例、積分
、微分など演算を行つて電圧制信号ＶＯを出力する。以
上に述べた位置制御調節部１８や電流制御調節部１２は
演算増幅器またはディジタル計算機を用いて構成するこ
とができる。次に本発明の作用を説明する。プログラム
電流基準１ｐはプラズマの水平方向の平衡を保つのに必
要な垂直磁場コイルの電流値であつて、プラズマの平衡
の式ここに μ。
：真空の透磁率 し：プラズマ電流
Ｒｐ：プラズマの大半径（トーラスの
半径） Ｒｐ：プラズマの小半径（プラズマの
太さの半径） Ａ１：プラズマの物性によ
り定まるパ ラメータ よりＢ、を求め、さらに によつて計算される。
半径） Ｒｐ：プラズマの小半径（プラズマの
太さの半径） Ａ１：プラズマの物性によ
り定まるパ ラメータ よりＢ、を求め、さらに によつて計算される。
ところで、ｉ１は前述したように垂直磁場コイル９の電
の推定値であるから電流制御調節部１２、位相制御部１
１、サイリスタ電源装置１０、電圧検出器１３、コイル
特性模擬部１４および比較部１９は電流制御ループ２０
を構成している。
の推定値であるから電流制御調節部１２、位相制御部１
１、サイリスタ電源装置１０、電圧検出器１３、コイル
特性模擬部１４および比較部１９は電流制御ループ２０
を構成している。
したがつて、Ｉｐとｉ１の差が零となるように、すなわ
ち、垂直磁場コイル９にＩｐで与えられた電流が流れる
ようにＶｖが加えられる。このため、プラズマの平衡を
保つために必要な磁場を与えることができる。さらに、
何らかの原因でプラズマ位置の変位が生じても、その変
位は位置検出器１６によつて検出され、その検出値と位
置の基準値Ｘ。との差式−ｘを比較部１７がつくり、こ
れに対応した電流基準１。を位置制御調節部１８が出力
して比較部１９に加えられる。つまり、位置検出器１６
、比較部１７、位置制御調節部１８および電流制御ルー
プ２０は位置制御ループ２１を構成し、プラズマの位置
変位が零となるように垂直磁場コイルの電流が調節され
ることになる。さらに本発明の電流制御によれば、第１
図において説明したＩｖｌをコイル特性模擬部１４によ
つて推定し、この電流値の制御を行うので、プラズマ変
位を抑制する方向に流れる電流１．ｓを電流制御によつ
て打ち消してしまうことはない。以上に述べたように、
本発明のプラズマ制御装置によれば、プラズマ制御コイ
ル自身のもつプラズマ変動を抑制する効果すなわちシェ
ル効果を有効にはたらかせることができ、かつ電流制御
およびプラズマを真空容器内の所望の位置に制御できる
と同時に、プラズマの変動を十分抑制することができる
。
ち、垂直磁場コイル９にＩｐで与えられた電流が流れる
ようにＶｖが加えられる。このため、プラズマの平衡を
保つために必要な磁場を与えることができる。さらに、
何らかの原因でプラズマ位置の変位が生じても、その変
位は位置検出器１６によつて検出され、その検出値と位
置の基準値Ｘ。との差式−ｘを比較部１７がつくり、こ
れに対応した電流基準１。を位置制御調節部１８が出力
して比較部１９に加えられる。つまり、位置検出器１６
、比較部１７、位置制御調節部１８および電流制御ルー
プ２０は位置制御ループ２１を構成し、プラズマの位置
変位が零となるように垂直磁場コイルの電流が調節され
ることになる。さらに本発明の電流制御によれば、第１
図において説明したＩｖｌをコイル特性模擬部１４によ
つて推定し、この電流値の制御を行うので、プラズマ変
位を抑制する方向に流れる電流１．ｓを電流制御によつ
て打ち消してしまうことはない。以上に述べたように、
本発明のプラズマ制御装置によれば、プラズマ制御コイ
ル自身のもつプラズマ変動を抑制する効果すなわちシェ
ル効果を有効にはたらかせることができ、かつ電流制御
およびプラズマを真空容器内の所望の位置に制御できる
と同時に、プラズマの変動を十分抑制することができる
。
このため、プラズマが真空容器壁に接触することよつて
生ずるエネルギの損失あるいは真空容器の損傷そろ他の
危険を回避でき、長時間にわたるプラズマの推持が可能
となる。なお本発明は次のようなプラズマの制御装置に
対して応用できる。
生ずるエネルギの損失あるいは真空容器の損傷そろ他の
危険を回避でき、長時間にわたるプラズマの推持が可能
となる。なお本発明は次のようなプラズマの制御装置に
対して応用できる。
（１）プラズマの垂直方向位置制御、断面形状制御ある
いはプラズマ電流の制御を行なう装置。
いはプラズマ電流の制御を行なう装置。
（２）トカマク装置以外の核融合装置のプラズマを制御
する装置。（３）プラズマの位置制御を行なわずに単に
磁場コイルの電流制御を行なう装置。
する装置。（３）プラズマの位置制御を行なわずに単に
磁場コイルの電流制御を行なう装置。
第１図は垂直磁場コイルに加える電圧とプラズマの水平
方向変位との関係を示すブロック線図。 第２図は本発明の構成を示すブロック線図である。１・
・・・・・垂直磁場コイル特性、２・・・・・コイル電
流比較部、３・・・・・ウェル特性、４・・・・・・垂
直磁場ゲイン、５・・・・・・磁場比較部、６・・・・
・・プラズマゲイン、７・・・・・・プラズマ、８・・
・・・・真空容器、９・・・・・・垂直磁場コイル、１
０・・・・・・サイリスタ電源装置、１１・・・・・・
位相制御部、１２・・・・・・電流制御調節部、１３・
・・・・電圧検出器、１４・・・・コイル特性模擬部、
１５・・・・磁気プローブ、１６・・・・・位置検出器
、１７・・・・・・位置比較部、１８・・・・・位置制
御調節部、１９・・・・・電流比較部。
方向変位との関係を示すブロック線図。 第２図は本発明の構成を示すブロック線図である。１・
・・・・・垂直磁場コイル特性、２・・・・・コイル電
流比較部、３・・・・・ウェル特性、４・・・・・・垂
直磁場ゲイン、５・・・・・・磁場比較部、６・・・・
・・プラズマゲイン、７・・・・・・プラズマ、８・・
・・・・真空容器、９・・・・・・垂直磁場コイル、１
０・・・・・・サイリスタ電源装置、１１・・・・・・
位相制御部、１２・・・・・・電流制御調節部、１３・
・・・・電圧検出器、１４・・・・コイル特性模擬部、
１５・・・・磁気プローブ、１６・・・・・位置検出器
、１７・・・・・・位置比較部、１８・・・・・位置制
御調節部、１９・・・・・電流比較部。
Claims (1)
- １ 核融合装置のプラズマ制御装置において、磁場制御
コイルの端子電圧を検出する電圧検出器と、磁場制御コ
イルの自己インダクタンスと抵抗とに対応する等価回路
から成り、上記電圧検出器の出力信号を入力して磁場制
御コイルの外部からの誘導電流を除去した推定電流信号
を出力するコイル特性模擬部とを備え、プログラム電流
基準またはプログラム電流基準とプラズマ位置修正用電
流基準との合成電流基準に対して上記推定電流信号をフ
ィードバック信号として磁場制御コイルの電源電圧を制
御することを特徴とするプラズマ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52157253A JPS6051069B2 (ja) | 1977-12-28 | 1977-12-28 | プラズマ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52157253A JPS6051069B2 (ja) | 1977-12-28 | 1977-12-28 | プラズマ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5490492A JPS5490492A (en) | 1979-07-18 |
| JPS6051069B2 true JPS6051069B2 (ja) | 1985-11-12 |
Family
ID=15645597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52157253A Expired JPS6051069B2 (ja) | 1977-12-28 | 1977-12-28 | プラズマ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6051069B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3016736U (ja) * | 1995-04-07 | 1995-10-09 | 株式会社箔一 | 化粧用脂取紙 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6473042B2 (ja) * | 2015-05-11 | 2019-02-20 | 株式会社荏原製作所 | 電磁石装置 |
| JP6556497B2 (ja) * | 2015-05-28 | 2019-08-07 | 株式会社荏原製作所 | 電磁石制御装置及び電磁石制御方法 |
| JP6530693B2 (ja) * | 2015-10-27 | 2019-06-12 | 株式会社荏原製作所 | 電磁石制御装置および電磁石システム |
| US11295935B2 (en) | 2015-05-11 | 2022-04-05 | Ebara Corporation | Electromagnet device, electromagnet controller, electromagnet control method, and electromagnet system |
| JP6964039B2 (ja) | 2018-04-20 | 2021-11-10 | 株式会社荏原製作所 | 電磁石制御装置および電磁石システム |
| JP7222848B2 (ja) | 2019-08-26 | 2023-02-15 | 株式会社荏原製作所 | 電磁石制御装置および電磁石システム |
-
1977
- 1977-12-28 JP JP52157253A patent/JPS6051069B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3016736U (ja) * | 1995-04-07 | 1995-10-09 | 株式会社箔一 | 化粧用脂取紙 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5490492A (en) | 1979-07-18 |
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