トカマク核融合炉における燃焼制御に関する研究

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62580004
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大西 正視 京都大学, 原子エネルギー研究所, 助教授 (80089119)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡本 正雄 名古屋大学, プラズマ研究所, 助教授 (70115541)
• Keywords: トカマク核融合炉 / 熱的不安定性 / 燃焼制御 / 圧縮・膨張による帰還制御 / シェル効果 / 渦電流 / 磁気回路

Research Abstract

トカマク核融合炉における熱的不安定の抑制と定常燃焼の実現のためのプラズマ圧縮・膨張による制御に関して、制御用コイル系が真空容器の外側に置かれたモデルを考え炉心プラズマ、制御コイルおよび真空容器(あるいはシェル)との磁気結合を考慮しシェルが圧縮・膨張制御に及ぼす影響を調べた。まず渦電流をフーリエ余弦関数に展開したときの0次および1次のモードのみを考えこれらの自己インダクタンスおよびプラズマ、制御コイルとの相互インダクタンスを近似的に導出し炉心プラズマ、制御コイルおよび渦電流に関する回路方程式を定式化した。制御については、プラズマ温度を測定し目標値からのずれを制御コイルの電源電圧に帰還する制御を考えた。帰還制御を行なったときの系の安定性を線形安定解析により調べた。すなわちプラズマの温度平衡式と位置平衡式(シャフラノフの式)を線形化し、線形化された回路方程式と連立させ線形システム方程式を作りこの方程式系の固有値の実部が負の条件(安定条件)より安定に必要な制御利得をシェルの抵抗値の関数として求めた。熱的不安定性の成長率はエネルギー閉じ込め則に強く依存するので、ここでは4種類の閉じ込め則で計算を行なった。Keye-Goldston則の場合、SUSシェルの厚みが30cm以下、最もきびしいMirnovのHモード則の場合、SUSシェルの厚みが7cm以下であれば圧縮・膨張による熱的安定性の制御は制御コイルに加える電圧を温度の平衡値からのずれに比例して帰還制御することにより導電性シェルがある場合にも安定化できることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] H.Momota,et al.: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A271. 7-12 (1988)
• [Publications] 大西正視: プラズマ・核融合学会誌.