核融合炉へのペレット入射を目的としたレールガンの高速化

用于将弹丸注入聚变反应堆的高速轨道炮

基本信息

批准号：
06780421
负责人：
勝木淳
金额：
$ 0.7万
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：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06780421/
关键词：
レールガン永久磁石核融合ペレット入射 PFN

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。ペレット入射実験では1km/s程度の低速から10km/sの超高速でのペレット入射が要求されているが、現在用いられているペレット射出装置では高々3km/sであり、5km/sで射出できる超高速ペレット射出装置の開発が急務である。本研究の目的は、電磁力を利用したレールガンのペレット射出速度の高速化を達成することである。昨年度までに、永久磁石を使用して外部磁場をつくり駆動電流を低減する方法、及び高速プラズマをペレットに衝突させてペレットに初速度を与える方法の2つを考案し、50cmのレールガンを用いた模擬ペレット加速実験によってレールガン動作の安定性、及び2.0km/sの射出速度を得た。ペレットの射出速度の高速化は、加速距離を長くすることで理論的には実現可能であり、今回製作した1.5mのレールガンで予測値3.5km/秒を目標に30mgペレットの加速実験を行った。レールガンの長尺化にともない加速時間も延びるので、1.5mのレールを有効に使うためには必然的に駆動電流波形のパルス幅を長くする必要がある。このために電源回路として複数のキャパシタとインダクタを組み合わせてパルス成形回路(PFN)を構成し、駆動電流波形の最適化を行った。最適化された矩形波電流によって永久磁石付き1.5mレールガンを駆動した結果、最大3.0km/秒の射出速度を得た。しかしながら、50cmレールガンの場合に比べると動作の再現性が悪く、殆どのショットにおいて、飛翔対の背後にあるべきプラズマが飛翔対の前方へ漏れる、プラズマ電機子電流が分離するなど、飛翔対の加速を妨げる現象がみられた。レールガンを長尺化したことによって長さに対する加速管の加工精度が相対的に低下したことが原因の一つとして考えられる。

在核融合等离子度中注射球的细胞不仅是对等离子体的粒子供应的应用，而且还具有广泛的用途，包括颗粒分布控制和等离子体测量，并且是核融合设备开发的重要元素。沉淀的注射实验需要以大约1km/s至10km/s的超高速度注射颗粒，但是当前的颗粒注入设备最多为3km/s，并且紧迫地需要以5 km/s的速度开发可驱射的超高速度颗粒注入设备。这项研究的目的是使用电磁力实现轨道枪的更快的弹丸注射速度。到去年，设计了两种方法：一种使用永久磁体创建外部磁场以减少驱动电流的方法，以及一种将高速等离子体撞向颗粒以使颗粒初始速度的方法。实现了使用50厘米铁轨枪的模拟颗粒加速度实验，并且轨道枪操作的稳定性和2.0 km/s的注入速度。从理论上讲，可以通过增加加速度距离来提高沉淀的注射速度，并使用这次制造的1.5m rail枪进行预测值3.5 km/sec的目标进行30mg颗粒的加速度实验。由于铁轨枪的更长，加速度时间也会增加，因此，为了有效使用150万条导轨，不可避免地需要增加驱动电流波形的脉冲宽度。为此，通过组合多个电容器和电感器作为电源电路来形成脉冲成型电路（PFN），并优化了驱动电流波形。带有永久磁铁的150万轨枪由优化的方波电流驱动，导致注入速度高达3.0 km/s。但是，该操作比50厘米的铁路枪要差，在大多数镜头中，有一些现象阻止了飞行对的加速度，例如，应在飞行对后方泄漏的等离子体，而血浆枢轴电流则分开。这被认为是制造轨道枪更长的原因之一，并且相对于长度相对于长度的加速管加工的准确性相对较小。