レールガン方式超高速核融合ペレット射出装置の開発

轨道炮式超高速聚变弹丸注射装置的研制

基本信息

批准号：
08780486
负责人：
勝木淳
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

核融合プラズマへのペレット入射は、プラズマへの粒子補給としてのみならず、粒子分布制御、プラズマ計測など幅広い用途があり、核融合装置の開発において不可欠の要素である。本研究では、今後の高速ペレット射出装置としてのレールガンの基本的な特性を調べるために。以下の3つの点について調査を行った。1)プラズマ電機子の挙動プラズマ電機子を用いるレールガンでは、加速距離が長いほどプラズマ電流が分裂するようになる。プラズマ電流が分裂した場合、増加中の速度は急激に飽和する。レールガンに沿って置いた複数のピックアップコイルを用いてプラズマ電流密度の分布の時間推移を測定した。その結果、時間および位置の変化とともに電流密度分布は進行方向に拡がり、最終的に分裂することがわかった。レールガンでは、プラズマからのエネルギー束によって加速管壁の一部が気化し、その蒸気がプラズマ電機子の内部に一部取り込まれる。加速距離が長くなるほどプラズマの質量、体積は大きくなるので、プラズマ後端でレーリー・テ-ラ不安定性等が発生して、これがプラズマ電流の分裂を誘発するのだと考えられる。2)プラズマ排出孔の効果レールガンによって加速される飛翔体の速度は原理的に加速距離に依存する。長距離で加速するためには、1)で述べたプラズマの質量増加の制御か不可欠である。加速中にプラズマの一部を排気することを目的として、加速管に小孔を設けた。この小孔の設置によって、プラズマの分裂が抑制される場合があることがわかった。小孔通過前後でプラズマの特性がどうのように変化するのかを調べるために、分光法によって小孔通過前後においてプラズマの電子密度を測定した。その結果プラズマの前方で電子密度が低下することがわかった。3)加速管壁としてのセラミックの適用加速管壁に耐熱材料を用いることは、加速管のアブレーションを低減するための有効な方法のひとつである。本年度、酸化珪素系のセラミックを加速管絶縁壁として採用し、レールガンの挙動を調べた。その結果、プラズマ電機子の長さが短くなり、プラズマ電機子の分裂が抑制されることがわかった。しかしながら、従来のポリカーボネート材を用いた場合と比べて、レール側のエロ-ジョンが激しくなった。加速管壁に耐熱材を用いることにより、加速管壁への熱負荷が増加することがわかった。

将颗粒注入聚变等离子体具有广泛的用途，不仅包括将颗粒补充到等离子体中，还包括颗粒分布控制和等离子体测量，是聚变装置开发中的重要组成部分。在这项研究中，我们旨在研究轨道炮作为未来高速弹丸注射装置的基本特性。我们调查了以下三点。 1) 等离子电枢的行为在使用等离子电枢的轨道炮中，加速距离越长，等离子电流分裂得越多。当等离子体电流分裂时，增加的速度迅速饱和。我们使用沿轨道炮放置的多个拾波线圈测量了等离子体电流密度分布的时间过程。结果发现，电流密度分布随着时间和位置的变化而在行进方向上扩大，并最终分裂。在轨道炮中，来自等离子体的能量通量蒸发了加速管壁的一部分，并且一些蒸汽被吸入等离子体电枢。随着加速距离变长，等离子体的质量和体积增大，因此认为等离子体后端发生瑞利-特勒不稳定性，从而引起等离子体电流的分裂。 2）等离子排气孔的影响轨道炮加速的弹丸速度原则上取决于加速距离。为了长距离加速，必须控制等离子体质量的增加，如 1) 中所述。加速管内设有小孔，用于在加速时排出部分等离子体。发现设置这些小孔有时可以抑制等离子体破碎。为了研究等离子体在通过小孔前后的特性如何变化，我们利用光谱法测量了等离子体在通过小孔前后的电子密度。结果发现，电子密度在等离子体前方降低。 3）陶瓷加速管壁的应用采用耐热材料作为加速管壁是减少加速管烧蚀的有效方法之一。今年，我们使用氧化硅陶瓷作为加速器管绝缘壁，并研究了轨道炮的行为。结果，发现等离子体电枢的长度缩短并且等离子体电枢的破碎得到抑制。然而，铁轨侧的侵蚀比使用传统聚碳酸酯材料时更为严重。发现加速管壁使用耐热材料增加了加速管壁上的热负荷。