During the operation of a fusion device, plasma instability can trigger various electromagnetic interferences and thermal radiation, potentially leading to a quench. A quench protection system is crucial to ensure stable plasma confinement and the safe operation of the entire device. Given the extreme requirements for vacuum circuit breaker (VCB) in fusion applications—such as interrupting super-large currents and withstanding harsh electromagnetic and thermal environments—traditional operating mechanism designs may not be directly applicable. To meet the rapidity and reliability demands of the operating mechanism, this paper conducts a kinematic and dynamic analysis of the VCB. By integrating the characteristics of large-capacity vacuum interrupters and electromagnetic repulsion mechanisms, the optimal transmission ratio of the indirect-acting VCB is derived. Through comparisons of initial acceleration, it is validated that indirect-acting operating mechanisms are more suitable for fusion device VCBs. Dynamic tests were performed on the developed prototype. The experimental results show that the operating mechanism designed with the optimal transmission ratio achieves the required opening time for fusion devices. Meanwhile, the high consistency of mechanical actions during repeated operations demonstrates stable and reliable breaking performance. This work provides a theoretical foundation and technical reference for the design of high-current DC VCBs in extreme environments.
核融合装置の運転中、プラズマ不安定性は様々な電磁干渉や熱放射を引き起こし、クエンチにつながる可能性がある。クエンチ保護システムは、安定したプラズマ閉じ込めと装置全体の安全な運転を確保するために極めて重要である。核融合用途における真空遮断器（VCB）に対する極端な要求、例えば超大電流の遮断や過酷な電磁・熱環境への耐性を考慮すると、従来の操作機構設計は直接適用できない場合がある。操作機構の迅速性と信頼性の要求を満たすため、本論文はVCBの運動学的および動的解析を行う。大容量真空インタラプタと電磁反発機構の特性を統合することにより、間接動作型VCBの最適伝達比を導出する。初期加速度の比較を通じて、間接動作型操作機構が核融合装置用VCBにより適していることが検証される。開発したプロトタイプに対して動的試験を実施した。実験結果は、最適伝達比で設計された操作機構が核融合装置に要求される開極時間を達成することを示している。一方、繰り返し動作中の機械的動作の高い一貫性は、安定かつ信頼性の高い遮断性能を示している。本研究は、極限環境における大電流直流VCBの設計のための理論的基盤と技術的参考を提供する。