JPS6051069B2 - plasma control device - Google Patents
plasma control deviceInfo
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- 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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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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma control device in a nuclear fusion device, and particularly to current control of a magnetic field control coil thereof.
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。In a nuclear fusion device such as a tokamak device, various magnetic field control coils are provided for the purpose of achieving equilibrium of a torus-shaped (annular) plasma, and the currents of these coils are controlled.
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。For example, in a torus-shaped plasma, the magnetic field is strong on the inside of the torus and weak on the outside, so the magnetic field is always exerted in a direction that increases the radius of the torus (the large radius Rp of the plasma). In order to cancel this force and keep Rp constant, a vertical magnetic field coil is provided, and a current is supplied to this coil to apply a vertical magnetic field B2 in a direction that weakens the magnetic field inside the torus and strengthens the magnetic field outside. By adjusting the strength of B2, the magnitude of Rr can be adjusted, and this is called horizontal control of plasma. In addition, there are horizontal magnetic field coils for controlling the vertical position of the torus, that is, vertical direction control, and quadruple magnetic field coils for controlling the cross-sectional shape of the plasma, but these also control the magnetic field generated by each coil. This is the same as horizontal control. Therefore, horizontal direction control will be explained below as an example. FIG. 1 is a block diagram showing the relationship between the horizontal displacement X of the plasma, the voltage VV applied to the vertical magnetic field coil, the current 1 flowing through the coil, and the vertical magnetic field B2.
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。The control of X will be explained according to this diagram.
For current, magnetic flux density, etc., consider only changes from steady values. In FIG. 1, the current when there is no induced current in the vertical magnetic field coil from other conductors or currents in the coil is denoted by I.
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。The relationship with Vv(51,...
1, ■ (Shi) ・Vv...It is given as in (1).
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。In reality, the current I flowing through the coil is a current component 1 caused by magnetic mutual coupling with other conductors or coils.
,. Current component Ivs caused by fluctuations in
Therefore, in comparison part 2, Iv*1 Lee Ivs
flvm゜゜゜゜゜゜゜(2), I, , -1,
s and Ivm are added to produce Iv.
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。Since Ivs is caused by variations in X, the shell characteristic 3 of the vertical field coil, which is the transfer function between I,5 and X, is x
It is given in the form of giving the derivative of , and becomes .
ここで、Ｔｖは垂直磁場コイルの時定数である。Here, Tv is the time constant of the vertical magnetic field coil.
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。A vertical magnetic field Bv is created by L. The relationship between Bv and L is given as if the vertical magnetic field gain is 1v. The vertical magnetic field B2 that actually acts on the plasma is the sum of Bv and the vertical magnetic field Bd created by another conductor or coil current in the comparison section 5. That is, how much plasma displacement x is caused by B2 is given as if the plasma gain is Kp.
ここで、Ｉｖｓは負符号で比較部分２に加わつている。Here, Ivs is added to comparison part 2 with a negative sign.
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。This means that when X fluctuates, a current is induced in the vertical magnetic field coil in a direction that interrupts this fluctuation. The effect of suppressing plasma fluctuations due to the flow of eddy currents in coils and conductors is called the shell effect, and is an important function in devices that confine plasma. By the way, in conventional devices, feedback control of the coil current is performed in order to create the magnetic field necessary to balance the plasma.
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。In this case, the coil current detected by the current detector is I in FIG. 1, so this current is 1. It also includes s. However, for current feedback control, I
A change in vs is a disturbance, and control is performed to cancel such a change.As a result, current feedback control cancels the shell effect, which is an important function of the coil body. The purpose of this invention is to eliminate such inconveniences and provide a plasma control device with better functionality. Next, the configuration of the present invention will be explained as follows.
This will be explained using figures.
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。Plasma 7 is created inside a vacuum container 8, and its position in the horizontal direction is changed by a vertical magnetic field created by a vertical magnetic field coil 9. A voltage 9 is supplied to the vertical magnetic field coil 9 from a thyristor power supply 10, and a current L flows therethrough. The thyristor power supply device 10 is given a firing phase angle α of the thyristor by the phase control section 11, and the magnitude of 9 changes according to this α. The phase control section 11 receives a voltage control signal V which is the output of the current control adjustment section 12 . is input. The terminal voltage Vv of the vertical magnetic field coil is detected by a voltage detector 13, which outputs a voltage detection signal V1. V1 becomes an input to the coil characteristic simulating section 14. This coil characteristic simulating section 14 simulates the characteristics of a vertical magnetic field coil, and converts the vertical magnetic field characteristic 1 shown in FIG. It is configured using
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。Therefore, i1, which is the output of the coil characteristic simulating section 14, becomes a current signal corresponding to I,1 in FIG. The position that the plasma 7 occupies inside the vacuum vessel 8 is determined by measuring the magnetic field around the plasma using a magnetic probe 15, and is detected by a position detector 16 based on this measurement value. The output x of the position detector 16 is compared with a reference value of the plasma position in a comparator 17, and the difference X is calculated. -X is position control adjustment section 18
performs calculations such as proportionality, integration, and differentiation on the input, and determines the current control standard 1. Output. In the comparator 19, the preset program current reference 1p is set to I. The difference between the added signal and i1, that is, Ip+IO-11, is created. This signal 1p+IO-11 is applied to the current control adjustment section 12.
is input. The current control adjustment section 12 performs calculations such as proportionality, integration, and differentiation on the input and outputs a voltage control signal VO. The position control adjustment section 18 and the current control adjustment section 12 described above can be constructed using an operational amplifier or a digital computer. Next, the operation of the present invention will be explained. The program current reference 1p is the current value of the vertical magnetic field coil necessary to maintain the horizontal balance of the plasma, and is given by the plasma balance equation, where 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。: Vacuum permeability shi: Plasma current Rp: Large radius of plasma (torus
radius) Rp: small radius of plasma (plasma radius)
(radius of thickness) A1: B is determined from the parameters determined by the physical properties of the plasma, and further calculated by.
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。By the way, since i1 is the estimated value of the electric current of the vertical magnetic field coil 9 as described above, the current control adjustment section 12 and the phase control section 1
1. The thyristor power supply device 10, the voltage detector 13, the coil characteristic simulation section 14, and the comparison section 19 are connected to the current control loop 20.
It consists of
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
。Therefore, Vv is applied so that the difference between Ip and i1 becomes zero, that is, so that the current given by Ip flows through the vertical magnetic field coil 9. Therefore, it is possible to provide the magnetic field necessary to maintain plasma equilibrium. moreover,
Even if a displacement of the plasma position occurs for some reason, the displacement is detected by the position detector 16, and the detected value and the position reference value X are detected. The comparator 17 creates a difference equation -x between the current reference 1 and the current reference 1 corresponding to the difference equation -x. is output from the position control adjustment section 18 and added to the comparison section 19. In other words, the position detector 16
, the comparison section 17, the position control adjustment section 18, and the current control loop 20 constitute a position control loop 21, and the current of the vertical magnetic field coil is adjusted so that the positional displacement of the plasma becomes zero. Furthermore, according to the current control of the present invention, the first
Since Ivl explained in the figure is estimated by the coil characteristic simulator 14 and this current value is controlled, the current 1. s will not be canceled by current control. As mentioned above,
According to the plasma control device of the present invention, it is possible to effectively utilize the plasma control coil's own effect of suppressing plasma fluctuations, that is, the shell effect, and it is also possible to control the current and the plasma to a desired position within the vacuum vessel. At the same time, plasma fluctuations can be sufficiently suppressed.
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。Therefore, it is possible to avoid energy loss, damage to the vacuum vessel, and other dangers caused by the plasma coming into contact with the walls of the vacuum vessel, and it is possible to sustain the plasma for a long time. Note that the present invention can be applied to the following plasma control device.
（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。(1) A device that controls the vertical position, cross-sectional shape, or plasma current of plasma.
（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。(2) Devices that control the plasma of nuclear fusion devices other than tokamak devices. (3) A device that simply controls the current of the magnetic field coil without controlling the plasma position.
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。FIG. 1 is a block diagram showing the relationship between the voltage applied to the vertical magnetic field coil and the horizontal displacement of plasma. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the present invention. 1・
... Vertical magnetic field coil characteristics, 2 ... Coil current comparison section, 3 ... Well characteristics, 4 ... Vertical magnetic field gain, 5 ... Magnetic field comparison Part, 6...
...Plasma gain, 7...Plasma, 8...
...Vacuum container, 9...Vertical magnetic field coil, 1
0... Thyristor power supply device, 11...
Phase control section, 12...Current control adjustment section, 13.
... Voltage detector, 14... Coil characteristic simulation section,
15... Magnetic probe, 16... Position detector, 17... Position comparison section, 18... Position control adjustment section, 19... Current comparison section.
Claims (1)
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。1 A plasma control device for a nuclear fusion device consists of a voltage detector that detects the terminal voltage of a magnetic field control coil, and an equivalent circuit corresponding to the self-inductance and resistance of the magnetic field control coil, and inputs the output signal of the voltage detector. and a coil characteristic simulator that outputs an estimated current signal from which induced current from the outside of the magnetic field control coil has been removed. A plasma control device characterized in that a power supply voltage of a magnetic field control coil is controlled using the estimated current signal as a feedback signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52157253A JPS6051069B2 (en) | 1977-12-28 | 1977-12-28 | plasma control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52157253A JPS6051069B2 (en) | 1977-12-28 | 1977-12-28 | plasma control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5490492A JPS5490492A (en) | 1979-07-18 |
| JPS6051069B2 true JPS6051069B2 (en) | 1985-11-12 |
Family
ID=15645597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52157253A Expired JPS6051069B2 (en) | 1977-12-28 | 1977-12-28 | plasma control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6051069B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3016736U (en) * | 1995-04-07 | 1995-10-09 | 株式会社箔一 | Makeup degreasing paper |
Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP6556497B2 (en) * | 2015-05-28 | 2019-08-07 | 株式会社荏原製作所 | Electromagnet control device and electromagnet control method |
| JP6530693B2 (en) * | 2015-10-27 | 2019-06-12 | 株式会社荏原製作所 | Electromagnetic controller and electromagnet system |
| KR102472651B1 (en) * | 2015-05-11 | 2022-11-30 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | Electromagnet device, electromagnet control device, electromagnet control method and electromagnet system |
| JP6473042B2 (en) * | 2015-05-11 | 2019-02-20 | 株式会社荏原製作所 | Electromagnet device |
| JP6964039B2 (en) | 2018-04-20 | 2021-11-10 | 株式会社荏原製作所 | Electromagnet controller and electromagnet system |
| JP7222848B2 (en) | 2019-08-26 | 2023-02-15 | 株式会社荏原製作所 | Electromagnet controller and electromagnet system |
-
1977
- 1977-12-28 JP JP52157253A patent/JPS6051069B2/en not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP3016736U (en) * | 1995-04-07 | 1995-10-09 | 株式会社箔一 | Makeup degreasing paper |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5490492A (en) | 1979-07-18 |
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