プラズマ粒子制御のための壁面ポンプの開発研究

• Project/Area Number: 07858056
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 鈴木 肇 核融合科学研究所, 助手 (20260044)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1995: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: リサイクリング / 水素 / プラズマ / 水素排気 / 脱ガス / プラズマ対向壁

Research Abstract

水素を効率的に排気するためにプラズマ真空容器に設置する壁面ポンプの一種、カーボンシートポンプの開発実験を行った。
カーボンシートを購入し、そのポンプ性能を確認した。プラズマはグロウ放電が可能な真空容器を用いて水素放電を行い、電場で加速された水素イオンがカーボンシートに捕獲され、ポンプとして働くことを確認した。カーボンシートは次第に水素が飽和してポンプ性能が落ちていくが、これはカーボンシートを加熱することで、飽和した水素原子を吐き出して、再び使用出来るというのが当初の予測であった。今回それが正しいことも確認した。加熱はカーボンシートに電流を流すことで行われ、700℃以上加熱することで水素が離脱することも確認した。離脱するガスも質量分析器で測定し、確かに水素が吐き出されていることを確認した。但し実際は純粋な水素だけでなく、カーボンシートの炭素と反応して出来たメタンの形で出てくる水素も存在する。
ところで、大型のプラズマ閉じ込め装置に設置する場合、特にLHDのように超伝導磁石を使用した装置に使用する場合、再生時の熱が取り付けた壁にダメ-ジを与える可能性があることが判明した。このため熱が集中しない取り付け方法の検討も行い、熱輻射板をカーボンシートと壁の間に入れることが効果的であることが判明した。
ポンプ性能の実験では、定性的には過去に行われたビームを用いた実験とよい一致が見られたが、定量的には今回の実験の方がビームを用いた実験よりも多くの水素を捕獲しているように見える。この原因はおそらくカーボンシートの表面が平滑ではなく、非常に細かな凹凸があり、実効的には見た目以上の表面積を持つためと考えられ、現在電子顕微鏡写真を撮影し、表面状態を調べることを計画中である。