JP2002148346A - 核融合炉出力モニタ装置 - Google Patents
核融合炉出力モニタ装置Info
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Abstract
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。 【解決手段】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1−1と、信号ケーブル1−4により導かれかつ信
号導入端子1−3を介して真空容器0−1外に取り出さ
れる各検出器1−1の出力を入力し、当該各検出器1−
1の出力に検出器1−1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1−14とを備える。
Description
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。
(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***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。
うな従来の方法では、以下のような種々の問題点があ
る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
て図面を参照して詳細に説明する。
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。
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。
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。
うに多数個のブランケット0−4を設置している。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
238検出器(核***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。
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。
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。
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。
子にのみ感度を持つ検出器(U238検出器)を使用す
る。
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。
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。
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。
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/cm
3 程度に低減することができる。
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。
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。
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。
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/cm
3 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
−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。
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。
−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。
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。
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。
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。
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。
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。
−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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
T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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
を行なう必要があるが、1mmもあれば十分である。
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。
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。
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。
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。
場発生器コントローラ、1−14は計算機である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
とにより、各検出器1−1の感度が校正される。
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。
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。
モニタ装置における検出器の配置構成例を示す断面図。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
力モニタ装置における校正装置の構成例を示す概要図。
力モニタ装置における校正装置の構成例を示す概要図。
Claims (11)
- 【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。
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