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JPH0447279B2 - - Google Patents
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JPH0447279B2 - - Google Patents

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JPH0447279B2
JPH0447279B2 JP57087846A JP8784682A JPH0447279B2 JP H0447279 B2 JPH0447279 B2 JP H0447279B2 JP 57087846 A JP57087846 A JP 57087846A JP 8784682 A JP8784682 A JP 8784682A JP H0447279 B2 JPH0447279 B2 JP H0447279B2
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eddy current
vacuum vessel
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magnetic flux
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Mitsuji Abe
Takahiro Kanamori
Masatsugu Nishi
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トカマク型核融合装置におけるプラ
ズマ位置制御装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma position control device in a tokamak type nuclear fusion device.

トカマク型核融合装置では、真空容器中の希薄
ガスに電流を通じさせることにより、プラズマを
生成するようになつている。
A tokamak-type nuclear fusion device generates plasma by passing an electric current through a diluted gas in a vacuum container.

このため、外部から磁場B→を加え、プラズマ中
の電流(プラズマ電流)I→pにローレンツカ(I→
p×B→)を作用させることによりプラズマ位置を
制御することができる。しかし、プラズマ位置制
御が不完全な場合には、真空容器内でプラズマが
移動し、遂には真空容器壁、リミツタ等と相互作
用し、不純物のプラズマ中への流入、プラズマの
冷却をもたらす。
For this reason, a magnetic field B→ is applied from the outside, and the Lorentzka (I→
The plasma position can be controlled by applying p×B→). However, if the plasma position control is incomplete, the plasma moves within the vacuum chamber and eventually interacts with the walls of the vacuum chamber, limiters, etc., causing impurities to flow into the plasma and cooling the plasma.

プラズマ位置を安定化させるために、プラズマ
位置を実時間で検出し、その検出結果により外部
から印加する磁場(ポロイダル磁場)をやはり実
時間で調整するフイードバツクプラズマ位置制御
が行なわれている。
In order to stabilize the plasma position, feedback plasma position control is performed in which the plasma position is detected in real time and the externally applied magnetic field (poloidal magnetic field) is adjusted in real time based on the detection result.

第1図は、このような従来のプラズマ位置制御
装置の構成を示すもので、プラズマ位置制御とし
てプラズマ水平方向位置(大半径)制御の場合を
示している。
FIG. 1 shows the configuration of such a conventional plasma position control device, and shows the case of plasma horizontal position (large radius) control as plasma position control.

図において、1は位置検出器、2は位置演算
器、3は制御信号発生部、4は電流制御回路、5
は制御コイル電流、6は制御用コイル、7はプラ
ズマ、8は真空容器、9はリミツタ、10はポロ
イダルコイル、11はトロイダルコイル、12は
中心支柱、13は支持架台、14はコイルサポー
トを示す。
In the figure, 1 is a position detector, 2 is a position calculator, 3 is a control signal generator, 4 is a current control circuit, and 5
1 is a control coil current, 6 is a control coil, 7 is a plasma, 8 is a vacuum vessel, 9 is a limiter, 10 is a poloidal coil, 11 is a toroidal coil, 12 is a center column, 13 is a support frame, and 14 is a coil support.

このような構成において、プラズマ7は真空容
器8中のリミツタ9によつて限られた領域に生成
される。プラズマ7の位置は、真空容器8中で、
トカマク装置の水平対称面に配置された対の位置
検出器1により検出される。位置演算部2では、
位置検出器1で検出された位置信号によりプラズ
マ水平方向位置に比例する信号を発生し、制御信
号発生部3に送る。この制御信号発生部3では、
比例積分、微分等の制御動作に対応する演算を行
ない、制御用コイル6に流す制御コイル電流5の
目標値に比例する制御信号を発生し、電流制御回
路4に送る。
In such a configuration, plasma 7 is generated in a limited area by limiter 9 in vacuum vessel 8. The position of the plasma 7 is in the vacuum container 8,
It is detected by a pair of position detectors 1 arranged in the horizontal plane of symmetry of the tokamak device. In the position calculation section 2,
A signal proportional to the plasma horizontal position is generated based on the position signal detected by the position detector 1, and is sent to the control signal generator 3. In this control signal generating section 3,
Calculations corresponding to control operations such as proportional integration and differentiation are performed to generate a control signal proportional to the target value of the control coil current 5 to be passed through the control coil 6 and sent to the current control circuit 4.

電流制御回路4は、この制御信号により制御用
コイル6に電流5を流し、プラズマ7の位置を安
定にし、プラズマ7を一定の位置に止める磁場を
プラズマ領域に作る。
The current control circuit 4 causes a current 5 to flow through the control coil 6 based on this control signal, stabilizes the position of the plasma 7, and creates a magnetic field in the plasma region that stops the plasma 7 at a fixed position.

第2図は、従来のフイードバツク位置制御系の
位置検出器と位置演算部の部分の構成を示すもの
である。
FIG. 2 shows the configuration of a position detector and a position calculation section of a conventional feedback position control system.

図において、15は真空容器8中にポロイダル
方向にループ状に設けられた一周ループ、16は
磁気プローブ、17はプラズマの縁、18〜21
は積分器、22,23は係数器、24,25は加
算器、26は減算器を示す。その他の符号は第1
図の同じ符号に対応している。
In the figure, 15 is a loop provided in the vacuum vessel 8 in a poloidal direction, 16 is a magnetic probe, 17 is the edge of the plasma, and 18 to 21
is an integrator, 22 and 23 are coefficient units, 24 and 25 are adders, and 26 is a subtracter. Other signs are 1st
They correspond to the same reference numerals in the figure.

以下、第2図によるプラズマ位置検出法につい
て説明する。
The plasma position detection method shown in FIG. 2 will be explained below.

プラズマ7の位置が不適切の時、第1図のリミ
ツタ9、真空容器8の壁等と相互作用するのは、
主にプラズマ7の周辺であり、縁17である。し
たがつてこのプラズマ7の縁17が、例えば第2
図のような円形の場合、リミツタ9と同心円状に
なるのが望ましい。ところで、プラズマ7の縁1
7は等磁束面(φ=一定)上にある。ここで、磁
束φとは、ポロイダル断面(ドーナツ状の真空容
器8を第1図のようにきつた断面)上のある一点
をトロイダル方向に一周させた時にできる、円内
に含まれる磁束である。また、磁力線は等磁束面
上を走つている。したがつて、プラズマ7に面し
てい面で定義されるリミツタ9の先端つまり、プ
ラズマ7に最も近い位置の磁束φlをポロイダル断
面上で一定にすれば、プラズマ7の外縁17はリ
ミツタ9と同心円状になつて、リミツタ9等と激
しく相互作用することはない。第2図の位置検出
法は、ドーナツ状の真空容器の中心に対しプラズ
マ7を挟んで内側と外側(以下単に内側、外側と
いう)に設けられたリミツタ9の先端部の磁束の
値Δφlを求めることによつて、プラズマ位置を求
める方法である。磁束φは一周ループ15の出力
電圧Vlを次の(1)式のようにそのまま積分するこ
とによつて求められる。つまり次式で示される。
When the position of the plasma 7 is inappropriate, it interacts with the limiter 9, the wall of the vacuum vessel 8, etc. in FIG.
It is mainly around the plasma 7 and at the edge 17. Therefore, the edge 17 of this plasma 7, for example,
In the case of a circular shape as shown in the figure, it is desirable that it be concentric with the limiter 9. By the way, the edge 1 of plasma 7
7 is on the equal magnetic flux plane (φ=constant). Here, the magnetic flux φ is the magnetic flux contained in a circle created when a certain point on a poloidal cross section (a tight cross section of the doughnut-shaped vacuum vessel 8 as shown in Fig. 1) is made to go around in the toroidal direction. . Moreover, the lines of magnetic force run on the plane of equal magnetic flux. Therefore, if the tip of the limiter 9 defined by the surface facing the plasma 7, that is, the magnetic flux φl at the position closest to the plasma 7, is constant on the poloidal cross section, the outer edge 17 of the plasma 7 will form a concentric circle with the limiter 9. This will not cause any violent interaction with the limiter 9 or the like. The position detection method shown in Fig. 2 calculates the value Δφl of the magnetic flux at the tip of the limiter 9 provided on the inside and outside (hereinafter simply referred to as inside and outside) with the plasma 7 in between with respect to the center of the donut-shaped vacuum container. In particular, it is a method for determining the plasma position. The magnetic flux φ can be obtained by directly integrating the output voltage Vl of the loop 15 as shown in the following equation (1). In other words, it is expressed by the following equation.

φ=∫Vl dt …(1) しかし、リミツタ先端部に一周ループ15を配
置するとプラズマ7により損傷を受けるため、一
周ループ15はリミツタ先端よりプラズマ7から
遠い位置に置かれる。したがつて一周ループ15
によつて位置Roで計測する磁束φoと磁気プロー
ブ16によりリミツタ位置(位置Rl)で計測す
る磁束φlの間には次の(2)式の関係式が成立する。
φ=∫Vl dt (1) However, if the one-turn loop 15 is placed at the limiter tip, it will be damaged by the plasma 7, so the one-turn loop 15 is placed at a position farther from the plasma 7 than the limiter tip. Therefore, one round loop 15
Therefore, the following relational expression (2) holds true between the magnetic flux φo measured at the position Ro and the magnetic flux φl measured at the limiter position (position Rl) by the magnetic probe 16.

φl=φo+∂φ/∂R|Ro(Rl−Ro) …(2) ここで、R:主半径方向位置 ところで、磁束φlのR依存性は磁場Bvと次の
(3)式の関係にある。
φl=φo+∂φ/∂R|Ro(Rl−Ro) …(2) Here, R: position in the main radial direction By the way, the R dependence of the magnetic flux φl is determined by the magnetic field Bv and the following
The relationship is as shown in equation (3).

∂φ/∂R|Ro=2πRo Bv …(3) そこで、磁束φlは次の(4)式を用いて計測でき
る。
∂φ/∂R|Ro=2πRo Bv (3) Therefore, the magnetic flux φl can be measured using the following equation (4).

φl=φo+2πRo BvΔl …(4) ここでΔl=Rl−Ro 第2図では磁気プローブ16と一周ループ15
の出力は、積分器19,20と18,21により
積分されて、それぞれBvとφoの信号となる。Bv
の信号は係数器22,23により(4)式、右辺第2
項の信号となり、この信号とφo信号との和を求
めることによつてリミツタ先端位置の内側および
外側の磁束φlioおよびφlputを求める。この後内
側、外側の磁束の差を求め、信号Δφlとする。こ
の信号Δφlは、プラズマ外縁17の円の中心位置
ΔRpと第3図に示すように線型に関係している。
第3図の横軸のΔRpは、プラズマ外縁17の円
中心とリミツタの円の中心の水平方向のずれを示
したものである。また、第3図は、プラズマ7を
主半径Rp3.5m、小半径ap0.7mとし、リミツタ先
端位置を主半径R=2.8m(内側)、4.2m(外側)と
したものである。したがつて、第2図の出力信号
Δφlは第3図を用いれば、プラズマ位置変位ΔRp
に換算でき、第1図のフイードバツクプラズマ位
置制御系に用いられる。
φl=φo+2πRo BvΔl …(4) Here, Δl=Rl−Ro In Fig. 2, the magnetic probe 16 and the loop 15
The outputs are integrated by integrators 19, 20 and 18, 21 to become signals Bv and φo, respectively. Bv
The signal is obtained by the coefficient multipliers 22 and 23 using equation (4), the second on the right side.
By calculating the sum of this signal and the φo signal, the magnetic fluxes φl io and φl put inside and outside the limiter tip position are determined. After this, the difference between the inner and outer magnetic fluxes is determined and used as a signal Δφl. This signal Δφl is linearly related to the center position ΔRp of the circle of the plasma outer edge 17, as shown in FIG.
ΔRp on the horizontal axis in FIG. 3 indicates the horizontal shift between the center of the circle of the plasma outer edge 17 and the center of the limiter circle. Further, in FIG. 3, the plasma 7 has a main radius Rp of 3.5 m and a small radius a p of 0.7 m, and the limiter tip positions are set to main radii R=2.8 m (inner side) and 4.2 m (outer side). Therefore, using FIG. 3, the output signal Δφl in FIG. 2 becomes the plasma position displacement ΔRp
It can be converted into , and is used in the feedback plasma position control system shown in FIG.

以上のようなプラズマ位置検出法が用いられた
制御系が従来使用され、その場合、検出器15,
16は真空容器8の内側に置かれることが多かつ
た。しかし、大型の核融合装置では、装置の複雑
化、修理の困難さ、プラズマ7による損傷などの
ための信頼性の低下に対処するため、第4図のよ
うに検出器15,16は真空容器8の外側に置か
ざるを得なくなつて来ている。しかしこの場合、
第2図に示した位置検出法では、真空容器8を流
れる渦電流(コイル電流の変化、プラズマ電流の
変化及びプラズマ位置変化による磁場変動によつ
て発生)により、位置測定に誤差を与える。つま
り、渦電流を含めた磁束は次の(5)式によつて表さ
れる。
Conventionally, a control system using the plasma position detection method as described above is used, and in that case, the detector 15,
16 was often placed inside the vacuum container 8. However, in large-scale nuclear fusion devices, in order to deal with the complexity of the device, the difficulty of repair, and the reduction in reliability due to damage caused by plasma 7, the detectors 15 and 16 are placed in vacuum containers as shown in FIG. It is becoming necessary to place it outside of 8. But in this case,
In the position detection method shown in FIG. 2, eddy currents flowing through the vacuum vessel 8 (generated by magnetic field fluctuations due to changes in coil current, plasma current, and plasma position) cause errors in position measurement. In other words, the magnetic flux including eddy current is expressed by the following equation (5).

φl′e=φoe+2πRoBveΔl …(5) ここで、 φl′e:リミツタ先端での渦電流を含む計測値か
ら磁束推定値 φoe:一周ループ位置での渦電流を含むから磁
束計測値 Bve:磁気プローブ位置での渦電流を含むから
磁束計測値 しかし、第5図に示すように渦電流による磁束
の強さ方向、即ち磁束勾配が真空容器8の外壁と
内壁で急激に変わる特異点27が真空容器8の壁
上に存在する。このことは、真空容器の外側に設
けられた検出器と真空容器の内側に設けられたリ
ミツタ先端部との間に特異点が存在することを意
味する。式(3)に示すようにプラズマ中心から磁束
勾配を検出することによりプラズマ位置を検出方
法においては、真空容器の外側の磁束勾配により
内側の磁束勾配を推定する場合、渦電流による特
異点での急激な勾配変化がプラズマ位置測定に大
きさ誤差を与えることになる。
φl′e=φoe+2πRoBveΔl …(5) Here, φl′e: Magnetic flux estimated value from the measured value including eddy current at the limiter tip φoe: Magnetic flux measured value including eddy current at the one-round loop position Bve: Magnetic probe position However, as shown in FIG. 5, there is a singular point 27 where the magnetic flux direction due to eddy currents, that is, the magnetic flux gradient changes rapidly between the outer and inner walls of the vacuum vessel 8. Exists on the wall of. This means that a singular point exists between the detector provided outside the vacuum container and the limiter tip provided inside the vacuum container. In the method of detecting the plasma position by detecting the magnetic flux gradient from the plasma center as shown in equation (3), when estimating the magnetic flux gradient inside the vacuum vessel from the magnetic flux gradient outside the vacuum vessel, it is difficult to estimate the magnetic flux gradient at the singular point due to eddy currents. Rapid gradient changes will give magnitude errors to plasma position measurements.

なお、28は磁力線を示す。Note that 28 indicates lines of magnetic force.

つまり従来の方法によるプラズマ位置制御系の
位置検出法では、大型の核融合装置及び核融合炉
において検出器を真空容器外側に配置した場合、
位置測定の誤差が大きくなる欠点があつた。また
小型の実験装置においてもメインテナンスの便利
さから検出器を真空容器外に置いたプラズマ位置
制御装置が望ましいが、そうすると上述した問題
点がある。
In other words, in the conventional position detection method of the plasma position control system, when the detector is placed outside the vacuum vessel in a large fusion device or fusion reactor,
The disadvantage was that the error in position measurement was large. In addition, even in small-sized experimental equipment, it is desirable to have a plasma position control device in which the detector is placed outside the vacuum chamber for ease of maintenance, but this poses the above-mentioned problems.

本発明の目的は、検出器を真空容器外側に配置
した場合でも、プラズマ位置を正確に、かつ、時
間遅れ少なく検出することにより、プラズマと真
空容器の相互作用を弱くし、高温プラズマの生成
と真空容器壁の損傷を防止するようにしたプラズ
マ位置制御装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to detect the plasma position accurately and with less time delay even when the detector is placed outside the vacuum vessel, thereby weakening the interaction between the plasma and the vacuum vessel and preventing the generation of high-temperature plasma. An object of the present invention is to provide a plasma position control device that prevents damage to the wall of a vacuum vessel.

上記目的を達成するために本発明では、プラズ
マを生成する真空容器の外側に前記プラズマの位
置を検出する検出手段を備え、該検出手段での検
出値に基づいて前記プラズマ位置を制御するプラ
ズマ位置制御装置において、前記真空容器壁の渦
電流値により前記プラズマ位置の測定誤差を求め
る補正手段を設け、該補正手段で求めた前記測定
誤差に基づいて前記プラズマ位置の検出値を補正
するようにしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention includes a detection means for detecting the position of the plasma outside a vacuum vessel in which plasma is generated, and a plasma position for controlling the plasma position based on a detected value by the detection means. In the control device, a correction means is provided for obtaining a measurement error of the plasma position based on an eddy current value of the wall of the vacuum vessel, and the detected value of the plasma position is corrected based on the measurement error obtained by the correction means. It is something.

つまり、磁気プローブ、一周ループ等の検出器
を用いて得られたプラズマ位置に比例した信号に
対し、渦電流に関する回路方程式により実時間で
求めた真空容器壁の渦電流によつて誤差補正する
ようにしたものである。
In other words, the error is corrected using the eddy current in the vacuum vessel wall obtained in real time using a circuit equation related to eddy current for a signal proportional to the plasma position obtained using a detector such as a magnetic probe or a one-round loop. This is what I did.

まず、本発明の原理につき説明する。 First, the principle of the present invention will be explained.

(5)式の渦電流による磁束の測定誤差∂φl′は、磁
束の真値をφle途すると、次の(6)式で与えられる。
The magnetic flux measurement error ∂φl′ due to the eddy current in equation (5) is given by the following equation (6) by subtracting φle from the true value of the magnetic flux.

Δφl′=φle−φl′e =φle−(φoe+2πRoBveΔl)…(6) この式の右辺の各項はすべて渦電流の大きさに
比例するので、渦電流値を求めて、それに電流分
布に依存する係数を掛け合わせれば、(6)式の右辺
が求まる。
Δφl′=φle−φl′e =φle−(φoe+2πRoBveΔl)…(6) Since each term on the right side of this equation is all proportional to the magnitude of the eddy current, find the eddy current value and depend on the current distribution. By multiplying the coefficients, the right side of equation (6) can be found.

すなわち、次の(7)式のようになる。 That is, the following equation (7) is obtained.

Δφl′=KeIe …(7) ここで、Ke:渦電流分布に依存する係数 Ie:渦電流値 しかし、この渦電流の流路は一定せず、係数
Keも一定とならない。その理由は、渦電流が、
一様垂直磁場を発生する二重極渦電流モード、四
重極磁場を発生する四重極渦電流モード等いくつ
かの固有モードの重ね合せであり、各モードの渦
電流は時定数がモード間で異なつているためであ
る。この様子を式で表わすと次の(8)式となる。
Δφl'=KeIe...(7) Here, Ke: Coefficient dependent on eddy current distribution Ie: Eddy current value However, the flow path of this eddy current is not constant, and the coefficient
Ke is also not constant. The reason is that eddy currents
It is a superposition of several eigenmodes, such as a double-polar eddy current mode that generates a uniform vertical magnetic field, and a quadrupole eddy current mode that generates a quadrupole magnetic field, and the eddy current of each mode has a time constant between the modes. This is because they are different. This situation can be expressed as the following equation (8).

Ie(t)= 〓m Cm(t)Jm …(8) ここで、Jm:第m番目のモードの単位電流 Cm:第m番目のモードの強度係数 各モードについて考えると、それぞれのモード
では電流分布は一定である。そして、各モードの
強度が相対的に変化することによつて渦電流の流
路が変化しているので、(7)式は次の(9)式のように
表わすことができる。
Ie(t)= 〓 m Cm(t)Jm …(8) Here, Jm: Unit current of the m-th mode Cm: Intensity coefficient of the m-th mode Considering each mode, in each mode, the current The distribution is constant. Since the flow path of the eddy current changes as the intensity of each mode changes relatively, equation (7) can be expressed as the following equation (9).

Δφl′= 〓m Kem Cm(t)Jm …(9) ここで、Kem:m番目のモードの渦電流に対
する磁束測定誤差の補正係数 なお、(9)式で補正係数Kemは一定値であり、
またCmJmはm番目のモードの渦電流値Imに相
当する。
Δφl′= 〓 m Kem Cm(t)Jm …(9) Here, Kem: Correction coefficient for magnetic flux measurement error for eddy current in the m-th mode In addition, in equation (9), the correction coefficient Kem is a constant value,
Further, CmJm corresponds to the eddy current value Im of the m-th mode.

次に、この渦電流値Imを求める方法を説明す
る。
Next, a method for obtaining this eddy current value Im will be explained.

各固有モードでは電流分布は時間的に変化せ
ず、したがつて、各モードはそれぞれが受動的な
コイルと考えることができ、次の(10)式に示す回路
方程式が成立する。
In each eigenmode, the current distribution does not change over time, so each mode can be considered to be a passive coil, and the circuit equation shown in equation (10) below is established.

dIm/dt=1/Lm(−ΣMmjdIj/dt−∂Mpm/
∂RpIpdRp/dt)−Rm/LmIm…(10) Lm:m番目のモードの渦電流の自己インダク
タンス Mmj:m番目のモード渦電流とj番目のコイ
ル又はプラズマとの相互インダクタンス Rm:m番目のモードの渦電流流路の抵抗値 ∂Mpm/∂Rp:m番目のモードの渦電流とプラズマ の相互インダクタンスのプラズマ位置依存性 Ip:プラズマ電流 Ij:コイル電流及びプラズマ電流 Rp:プラズマ水平方向位置 (10)式において、回路定数Lm,Mmj,Rmは計
算によつて、あるいは実験的に求めることができ
るので、電流Ijのうち各コイルの電流Ijをシヤン
ト抵抗またはロゴスキーコイルによつて求めれ
ば、(10)式によつて各モードの渦電流値が求まり、
(9)式によつて磁束の測定誤差を補正できる。
dIm/dt=1/Lm(−ΣMmjdIj/dt−∂Mpm/
∂RpIpdRp/dt) − Rm/LmIm…(10) Lm: Self-inductance of m-th mode eddy current Mmj: Mutual inductance between m-th mode eddy current and j-th coil or plasma Rm: m-th mode Resistance value of eddy current flow path ∂Mpm/∂Rp: Plasma position dependence of mutual inductance of m-th mode eddy current and plasma Ip: Plasma current Ij: Coil current and plasma current Rp: Plasma horizontal position (10 ), the circuit constants Lm, Mmj, and Rm can be determined by calculation or experimentally, so if the current Ij of each coil out of the current Ij is determined using a shunt resistor or Rogowski coil, ( The eddy current value of each mode is determined by equation 10),
The magnetic flux measurement error can be corrected using equation (9).

考慮すべき渦電流のモードとしては、円形プラ
ズマとは第5図に示した垂直磁場を発生する二重
極渦電流モードが最も重要であり、四重極磁場モ
ードの四重極渦電流を考慮することによつて精度
が向上する。これは真空容器と相互作用するコイ
ルが作る磁場が真空容器付近ではこの二つのモー
ドのみであることによる。
Regarding the eddy current modes to be considered, the most important is the double-polar eddy current mode that generates a perpendicular magnetic field as shown in Figure 5 for circular plasma, and the quadrupole eddy current mode in the quadrupole magnetic field mode is considered. This will improve accuracy. This is because the magnetic field created by the coil that interacts with the vacuum vessel is only in these two modes near the vacuum vessel.

縦長惰円プラズマでは円形プラズマと比較し
て、四重極渦電流の考慮が重要になり、さらに、
垂直方向位置不安定性を抑えるために垂直方向の
位置制御を行なう場合には、水平磁場を発生する
渦電流のモードの考慮も必要である。
Compared to circular plasma, it is important to consider quadrupolar eddy currents in vertical inertia circular plasma, and
When performing vertical position control to suppress vertical position instability, it is also necessary to consider the eddy current mode that generates the horizontal magnetic field.

第6図は本発明によるプラズマ位置制御装置の
一実施例の構成を示すもので、30は補正部、3
1〜37は係数器、38は積分器、39〜43は
加算器、44は減算器、45は微分器である。そ
の他の符号は第1図、第2図の従来の装置と同じ
符号に対応している。また。補正部30のブロツ
ク内に記された係数の添字elは式(10)のmに相当す
る。
FIG. 6 shows the configuration of an embodiment of the plasma position control device according to the present invention, in which 30 is a correction section;
1 to 37 are coefficient units, 38 is an integrator, 39 to 43 are adders, 44 is a subtracter, and 45 is a differentiator. Other numerals correspond to the same numerals as those of the conventional apparatus shown in FIGS. 1 and 2. Also. The subscript el of the coefficient written in the block of the correction section 30 corresponds to m in equation (10).

プラズマ位置は、従来と同様に一周ループ15
と磁気プローブ16とによつて測定される、内側
外側のリミツタ先端位置での磁束によつて位置演
算部2において求められる。
The plasma position is one loop 15 as before.
The position calculation unit 2 calculates the magnetic flux at the inner and outer limiter tip positions measured by the magnetic probes 16 and 16.

補正部30は、本発明によつて付け加えた部分
で、この部分は、係数器31〜37、積分器3
8、加算器39〜43等によつて構成されてお
り、上述した(9),(10)式を演算する機能を有してい
る。
The correction unit 30 is a part added according to the present invention, and this part includes the coefficient units 31 to 37 and the integrator 3.
8. It is composed of adders 39 to 43, etc., and has the function of calculating the above-mentioned equations (9) and (10).

この補正部30への入力は、各コイルおよびプ
ラズマ電流の時間変化率I〓jおよびプラズマ位置の
変化率R〓pである。電流値はロゴスキーコイルの
出力およびシヤント抵抗の出力を微分することに
よつて得ることができる。
Inputs to the correction unit 30 are the time rate of change I〓j of each coil and plasma current, and the rate of change R〓p of the plasma position. The current value can be obtained by differentiating the output of the Rogowski coil and the output of the shunt resistor.

係数器31〜33は(10)式の右辺のMmjdIj/dtに相 当する信号を作り、係数器34は∂Mpm/∂RpIpdRp/dt に相当する信号を作る。 The coefficient units 31 to 33 correspond to MmjdIj/dt on the right side of equation (10). A corresponding signal is generated, and the coefficient multiplier 34 calculates ∂Mpm/∂RpIpdRp/dt Create a signal corresponding to .

次に、加算器39〜41によつて、これらの和
が求められ、それにより、(10)式の右辺第1項が求
められる。次に、加算器42によつて(10)式の右辺
第2項を差し引き、渦電流の変化率に比例する信
号を作る。積分器38は、この信号を積分し渦電
流Imを求めている。係数器35は、(10)式の右辺
第2項を作つており、係数器36は、(9)式の補正
係数Kemを掛け合せる演算を行なう。また、係
数器37は、考慮する渦電流の種類の数に応じて
設けられるもので、係数器36と同じ機能を有す
る。
Next, the adders 39 to 41 calculate the sum of these sums, and thereby the first term on the right side of equation (10) is calculated. Next, the adder 42 subtracts the second term on the right side of equation (10) to create a signal proportional to the rate of change of the eddy current. The integrator 38 integrates this signal to obtain the eddy current Im. The coefficient unit 35 creates the second term on the right side of equation (10), and the coefficient unit 36 performs an operation of multiplying by the correction coefficient Kem of equation (9). Further, the coefficient multiplier 37 is provided depending on the number of types of eddy currents to be considered, and has the same function as the coefficient multiplier 36.

加算器43は、(9)式の右辺の和をとる演算を行
ない、測定誤差Δφl′を出力する。また、減算器
44は、位置演算部2で求めた値Δφlから、補正
部30で求めた測定誤差Δφl′を差し引きプラズ
マ位置Rpを求める。微分器45では、求めたプ
ラズマ位置の変化率R〓pを求め、補正部30に入
力する。
The adder 43 performs an operation of summing the right side of equation (9), and outputs the measurement error Δφl'. Further, the subtracter 44 subtracts the measurement error Δφl' obtained by the correction section 30 from the value Δφl obtained by the position calculation section 2 to obtain the plasma position Rp. The differentiator 45 calculates the rate of change Rp of the plasma position and inputs it to the correction unit 30.

この補正部30の効果を第7図により説明す
る。
The effect of this correction section 30 will be explained with reference to FIG.

プラズマは主半径3.5m、小半径0.7mとし、真
空容器の小半径の外径を1.0m、真空容器壁の肉
厚を0.06mとすると、第5図に示した二重極モー
ド渦電流の時定数Lm/Rmは100ms程度となる。
Assuming that the main radius of the plasma is 3.5 m and the minor radius is 0.7 m, the outer diameter of the minor radius of the vacuum vessel is 1.0 m, and the wall thickness of the vacuum vessel is 0.06 m, the double-pole mode eddy current shown in Figure 5 is The time constant Lm/Rm is approximately 100ms.

第7図では、プラズマが急速に加熱されるなど
して、プラズマ位置の曲線50がRoからRdにラ
ンプ状に移つたとしており、この時、従来の検出
法で真空容器外側に検出器を配置した場合、プラ
ズマ位置は曲線51で示すように、時定数100ms
程度の遅れをもつて測定される。しかし、補正部
30では、曲線52のような信号を出力し、曲線
51の時間遅れを補正し、曲線50のプラズマの
実際の位置に比例する信号を出力することにな
る。
In Figure 7, the plasma position curve 50 shifts from Ro to Rd in a ramp-like manner due to rapid heating of the plasma, and at this time, a detector is placed outside the vacuum vessel using the conventional detection method. In this case, the plasma position has a time constant of 100ms, as shown by curve 51.
measured with a certain degree of lag. However, the correction unit 30 outputs a signal such as the curve 52, corrects the time delay of the curve 51, and outputs a signal proportional to the actual position of the plasma as the curve 50.

第8図は、プラズマ電流が曲線63のように
107A/Sの割合で変化する場合のプラズマ電流
とプラズマ位置の時間変化を示すものである。
FIG. 8 shows that the plasma current is as shown by curve 63.
It shows temporal changes in plasma current and plasma position when changing at a rate of 10 7 A/S.

この時、プラズマ位置は変化しないとすると、
従来方法では、曲線61のように約0.035mつま
りプラズマ小半径の5%程度の測定誤差を与える
が、本発明では、補正部において、曲線62のよ
うな出力を発生するので、曲線60のような、正
しいプラズマ位置を求めることができる。
At this time, assuming that the plasma position does not change,
In the conventional method, a measurement error of about 0.035 m, that is, about 5% of the plasma small radius is given as shown by curve 61, but in the present invention, the correction section generates an output as shown in curve 62, so that a measurement error as shown in curve 60 is generated. It is possible to find the correct plasma position.

なお、補正部30を計算機で構成し、そのソフ
トウエアにより補正を行なつてもよく、また、補
正部30をアナログ回路で実現することもでき
る。
Note that the correction section 30 may be configured with a computer and the correction may be performed using its software, or the correction section 30 may be realized with an analog circuit.

以上述べたように、本発明によれば、検出器を
真空容器の外側に置いた場合においても、真空容
器渦電流によるプラズマ位置測定の誤差を補正
し、プラズマ位置を正確に検出できるので、その
検出結果でプラズマ位置を制御することにより、
プラズマ位置が安定化し、真空容器壁とプラズマ
との相互作用を低減し、不純物の流入の防止、プ
ラズマの高温化および真空容器壁損傷の防止を計
ることができる。
As described above, according to the present invention, even when the detector is placed outside the vacuum vessel, errors in plasma position measurement due to vacuum vessel eddy currents can be corrected and the plasma position can be detected accurately. By controlling the plasma position based on the detection results,
The plasma position is stabilized, the interaction between the vacuum vessel wall and the plasma is reduced, and it is possible to prevent the inflow of impurities, increase in plasma temperature, and damage to the vacuum vessel wall.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のプラズマ位置制御装置の構成
図、第2図は第1図のプラズマ位置検出部の構成
図、第3図はリミツタ位置での磁束の差とプラズ
マ位置の関係を示した図、第4図は検出器を真空
容器の外側に配置した図、第5図は真空容器壁電
流による磁力線の例を示す図、第6図は本発明に
よるプラズマ位置制御装置の一実施例の構成図、
第7図はプラズマ位置が変化した時の本発明の効
果を示した図、第8図はプラズマ電流が変化した
時の本発明の効果を示した図である。 1……位置検出器、2……位置演算部、7……
プラズマ、30……補正部。
Figure 1 is a configuration diagram of a conventional plasma position control device, Figure 2 is a configuration diagram of the plasma position detection section in Figure 1, and Figure 3 is a diagram showing the relationship between the magnetic flux difference at the limiter position and the plasma position. , FIG. 4 is a diagram showing the detector placed outside the vacuum vessel, FIG. 5 is a diagram showing an example of magnetic field lines due to wall current of the vacuum vessel, and FIG. 6 is a configuration of an embodiment of the plasma position control device according to the present invention. figure,
FIG. 7 is a diagram showing the effect of the present invention when the plasma position changes, and FIG. 8 is a diagram showing the effect of the present invention when the plasma current changes. 1...Position detector, 2...Position calculation section, 7...
Plasma, 30...correction section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 プラズマを生成する真空容器の外側に前記プ
ラズマの位置を検出する検出手段を備え、該検出
手段での検出値に基づいて前記プラズマ位置を制
御するプラズマ位置制御装置において、 前記真空容器壁の渦電流値により前記プラズマ
位置の測定誤差を求める補正手段を設け、 該補正手段で求めた前記測定誤差に基づいて前
記プラズマ位置の検出値を補正するようにしたこ
とを特徴とするプラズマ位置制御装置。
[Scope of Claims] 1. A plasma position control device comprising a detection means for detecting the position of the plasma outside a vacuum vessel in which plasma is generated, and controlling the plasma position based on a detected value by the detection means, A correction means for determining a measurement error of the plasma position based on an eddy current value of the wall of the vacuum container is provided, and the detected value of the plasma position is corrected based on the measurement error determined by the correction means. Plasma position control device.
JP57087846A 1982-05-26 1982-05-26 Plasma position control device Granted JPS58206100A (en)

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