ディスラプション時に発生する逃走電子の制御に関する研究

• Project/Area Number: 05780379
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 筒井 広明 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (20227440)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1993: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 核融合 / ディスラプション / 電流 / 自由エネルギー / 状態フィードバック / 最適制御

Research Abstract

現在、大型トカマク装置における最重要課題の一つがプラズマディスラプションの回避および制御である。逃走電子は、ディスラプション後、数百ミリ秒存在することもあり、その振る舞いを調べることはディスラプション制御に必要不可欠である。
平衡状態は、一般的に自由エネルギー最小状態として実現される。エネルギー的に閉じた系では、その自由エネルギーは通常のポテンシャルエネルギーと一致する。しかし、トカマク装置は外部にエネルギー源(電源)を持つため、その自由エネルギーの扱いには注意を要する。我々は、その自由エネルギーの表式を導き、それを用いて、トカマクのディスラプション現象の模擬に成功した。代表的な結果とては、電流クエンチ時に電流が一旦増加し、その後減少する現象を計算機によって再現した。これは、垂直位置不安定性によってプラズマがAlfven時間で移動しインダクタンスが変化するためである。
更に、大型トカマクにおいては、真空容器の時定数の長さも間題となる。外部から加えた電場がしみこむのに時間がかかり、そのうえ、ディスラプション時に真空容器に流れる誘導電流が、なかなか減衰しないからである。このような状況で、プラズマを有効に制御するため、状態フィードバックを用いた制御(現代制御)を適用した。その結果、真空容器外のコイルを用いて、プラズマの位置及び電流をそれぞれ独立に制御できることを示した。さらに、最適制御理論を適用し、応答の即応性と必要な電源電圧との関係を明らかにした。
また、粒子軌道コードについては現在開発中である。プラズマ点火時においても、真空容器の時定数の長さは問題となる。この問題についても、同様の方法で解析し、Break-Downの条件を解析する予定である。