大型プラズマにおける軽元素を用いた実効電荷数制御実験

Research Project

Project/Area Number	13780399
Research Category	Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Nuclear fusion studies
Research Institution	National Institute for Fusion Science
Principal Investigator	宮澤順一 (宮沢順一) 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (50300728)
Project Period (FY)	2001 – 2002
Project Status	Completed (Fiscal Year 2002)
Budget Amount *help	¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000) Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000) Fiscal Year 2001: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords	大型ヘリカル装置 / 不純物ガスパフ実験 / 閉じ込め改善 / 高イオン温度 / 燃料供給効率 / リサイクリング / RI-mode / リアルタイムカーボニゼーション / プラズマ実験 / 不純物入射 / エネルギー閉じ込め / 熱輸送 / 粒子輸送 / ガスパフ / ペレット入射
Research Abstract	大型ヘリカル装置(LHD)において、水素・ヘリウム・メタン・ネオン・アルゴン・クリプトンを用いたガスパフ実験を実施した。メタン実験では、リアルタイムカーボニゼーション効果による金属不純物の減少と、これに伴うペレットショットにおける閉じ込め改善を実験的に見出した。メタンガスパフ放電自体は水素ガスパフ放電と顕著な相違が認められなかったため、より大きな電荷数を有するネオン・アルゴン・クリプトンといった希ガスによる実験を行った。ネオンプラズマ実験では、イオン密度の減少と低密度における加熱ビームパワー吸収率の改善によって、水素放電では得られていない高イオン温度5keVを実現した。この結果は更にアルゴン放電へと拡張され、LHDの最高イオン温度7keVの達成へとつながった。より大きな電荷数を有するクリプトンでは、輻射損失の増大に伴ってプラズマの性能は劣化した。電子系のエネルギー閉じ込めについて巨視的パラメーターの解析を行ったところ、ネオン放電と水素放電では顕著な差が無いという結果を得た。この結果はトカマクで観測されているRI-modeと対照的である。これらの実験を通じて、LHDプラズマにおいてはガスパフ以外の粒子ソースが無視できず、結果的にイオン純度の高い放電を得ることが困難であることが判明した。この点に着目した水素ガスパフ実験を実施し、LHDにおけるガスパフの燃料供給効率は約10%であること、及び粒子バランスを考える上ではリサイクリングフラックスが無視できないことを示した。リサイクリング係数についても、ガスパフをしていない状態でほぼ1であるところが、ガスパフによって0.7程度まで減少することがわかった。更にヘリウム放電では、ガスパフ中でもリサイクリング係数が数百ミリ秒のオーダーで1に漸近し、その状態において電子密度増加率とガスパフフラックスがほぼ等しくなることを示した。