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Q&A <2011年>

Q高電圧について
  1. ヴァンデグラフ起電機の表面の電界強度は最大で何V/mぐらいでしょうか?その場合、球の半径は何mくらいでしょうか?
  2. 多分、上記の電界強度は、空気の放電開始電界強度3*10^6V/mによって決まるような気がします。例えば、球の周りを6MpaのSF6等で覆えば、表面の電界強度は更に上がるのでしょうか?
こんにちは、核融合炉を設計するには、あらゆる最高の技術を駆使して、核融合反応を制御しようと努力されているとのことです。高電圧の制御も、その最高技術の1つが必要であるとのことを聞きました。核融合炉では、超高電圧に対してどのような絶縁物質が使用されているのでしょうか?その物質の耐電圧値は、常温でどの位(V/m)でしょうか?

将来の核融合発電所では、熱平衡状態の高温度プラズマを閉じ込めて、その高温度プラズマの高速イオン同士の核融合反応(熱核融合反応)を利用するため、高電圧は発生しませんし、高電圧の制御も必要ありません。核融合反応だけならば、加速器等で加速されたイオンをターゲット(プラズマや固体、液体)に打ち込むことで簡単に起こすことはできますが、その場合はエネルギーの増倍、つまり発電することはできません。従って、核融合プラズマ研究では、ご質問の「ヴァンデグラフ起電機」は使用していませんので、それに関するご質問にはお答えしかねます。申し訳ありませんが、加速器等の分野の専門家にお尋ねください。
核融合プラズマ装置では高電圧を扱いませんが、高温プラズマを加熱する周辺装置の一部に高電圧機器が使用されています。そうした機器の電圧は、開発中のものも含めて数10kV~1MVですが、その絶縁物質にはセラミック(アルミナ)や繊維強化プラスチック(FRP)が主に使用されています。物性表によると、アルミナの絶縁耐圧は10-15MV/m、繊維強化プラスチックに使用されるエポキシでは16-22MV/mですが、実際の絶縁距離は、多くの場合、沿面放電により決められるため、耐電圧は表面の汚れの影響を受けます。また、大気中で使用する場合においては、大気の耐電圧(湿度に大きく左右されますが、目安として1MV/m)を考慮する必要もあります。これらのことを考慮して、実際の装置の設計では、ある程度の裕度をもたせて、500kV/mを目安としています。

2011年5月20日

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