定常核融合プラズマにおける長時間平衡磁場計測システムの開発研究

稳态聚变等离子体长期平衡磁场测量系统的研发

• 批准号: 14780392
• 负责人: 榊原 悟
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780392/
• 关键词: 電磁計測; MHD平衡制御; 長時間積分器; ドリフト; 長時間データ収集; 磁場閉じ込め装置; 大型ヘリカル装置; プラズマ電流; 核融合; 定常プラズマ; 磁場計測; MHD; 積分器; データ処理システム

核融合炉において定常的にプラズマを維持するためには、高い精度でプラズマの平衡状態(プラズマ圧方、電流、磁気面形状など)を監視、制御する磁場計測システムの構築が不可欠である。本研究では、長時間放電に対応した高精度、高時間分解能を有する平衡磁場計測システムの開発を目的としており、特に従来から問題とされてきた磁場計測信号の積分処理に発生する誤差を低減するシステムについて検討を行い、試作開発を行うものである。従来の積分器は長時間使用の際の熱ドリフトによる非線形応答が大きな問題となる。よって、平成14年度は、積分器に使用する低ドリフトオペアンプの選定、回路設計及び試作を行った。並列化する前の仕様(従来型)であっても数十μV/sを大きく下回る低ドリフト特性及び高い線形性を確認した。また、LHDの計測環境下で数ヶ月間稼動させた場合でも、1mV/s以下の精度を維持できることを確認している。本年度は本積分器の並列化を試作し、AD変換部を含めてシステム構築を行った。1chにつき三つのアナログ積分器を用い、積分器の稼働時間(100ms)をずらすことでドリフトのクロスチェックを可能とし、信号飽和を避ける構成となっている。実際のプラズマ実験においてプラズマ電流を対象としてシステム動作試験を行った。確認した内容は、各積分器の作動時間の最適化、ゲイン設定、サンプリング周波数の設定などである。積分時間を設定するマルチプレクサが発生するノイズおよび計測タイミングのLHD制御システムとの同期などが課題として残ったものの、システムの健全性について確認することができた。

The construction of the magnetic field measurement system for monitoring and controlling the steady state of the nuclear fusion furnace and maintaining the equilibrium state (pressure, current, magnetic surface shape) with high accuracy is indispensable. This study aims to reduce the error in the integration of magnetic field measurement signals and to develop a balanced magnetic field measurement system with high accuracy and high time resolution for long time. In the past, integrators have been used for a long time, and non-linear responses have become a big problem. In 2014, the integrator was used for low voltage selection, loop design and test operation. Before the parallel transformation, it was confirmed that the voltage was tens of μV/s, and the linearity was high. In the case of operation over several months in the measurement environment, the accuracy of 1mV/s or less is maintained. This year, the integration of the test, AD conversion, including the construction of the system 1 ch, 3 sets of integrator, integrator start time (100ms), signal saturation, etc. In the meantime, we're trying to figure out how to do it. Confirm the content, the operation time of each integrator, the setting of the number of cycles, and the setting of the frequency. The integration time is set up to determine whether the LHD control system is healthy or not.