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。

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。颗粒注射实验要求颗粒注射速度从低至1公里/秒到超高速10公里/秒，但目前使用的颗粒注射装置最多只能以3公里/秒和5公里/秒的速度注射。 s. 迫切需要开发一种超高速颗粒注射装置。本研究的目的是利用电磁力提高轨道炮的弹丸喷射速度。到去年，我们已经设计了两种方法：使用永磁体产生外部磁场来降低驱动电流，使高速等离子体与颗粒碰撞以赋予它们初速度，以及使用50厘米轨道炮。通过模拟弹丸加速实验，获得了轨道炮运行的稳定性和2.0km/s的喷射速度。理论上可以通过增加加速距离来提高弹丸喷射速度，我们用这次制作的1.5m轨道炮进行了30mg弹丸的加速实验，目标是3.5km/sec的预测值。随着轨道炮长度的增加，加速时间也增加，因此为了有效利用1.5m轨道，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构建了脉冲整形电路（PFN）作为电源电路，并对驱动电流波形进行了优化。使用优化的方波电流驱动带有永磁体的1.5m轨道炮，获得了高达3.0km/s的注入速度。然而，与50cm轨道炮的情况相比，运动的再现性很差，并且在大多数镜头中，飞对的加速度就像应该在飞对后面的等离子体泄漏到飞对前面，并且观察到等离子体电枢电流分离的现象阻碍了。一种可能的原因是，由于轨道炮的加长，加速管的加工精度相对于长度有所下降。