極低アスペクト比トカマクプラズマの生成と閉じ込め性能改善

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10308019
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 桂井 誠 東京大学, 大学院・工学系研究科洋, 教授 (70011103)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 板垣 敏文 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60242012) ; 小野 靖 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30214191)
• Keywords: プラズマ / 核融合 / 磁気プラズマ閉じ込め / トカマク / コンパクトトーラス / 球形トカマク / 逆磁場ピンチ / 異極性合体

Research Abstract

本研究は、アスペクト比(トーラスの小半径に対する大半径の比)が1.5程度以下の低アスペクト比トカマク(コンパクトトカマク、あるいは球形トカマクとも呼ばれる)において、初期高β(β=プラズマ圧力/磁気圧)プラズマの生成に関して独自な方法を提案して、これによって生成されたプラズマの閉じ込め性能の改善について研究を行うことを目的としている。具体的な高βプラズマ生成法としては、トロイダイル磁界発生用の中心電流導体に沿って、隣接した一対の異極性コンパクトトーラスプラズマを生成して、両者を合体させるというものを提案している。ここで異極性とは、両者のトロイダル方向電流の向きは同じであるが、トロイダル方向磁束の向きは逆向きであることを意味しており(この場合はトカマクと逆磁場ピンチ[RFP])、両者の合体によってトロイダル方向磁界が消滅してその磁気エネルギーが内部熱エネルギーへ転換されて、急速な加熱が達成されるものである。この原理は本研究グループによって原理検証されたものである。本研究における実験装置としてはTS-4装置を用いている。ここでまず本年度においては、目下磁束保存容器付き固定境界型コンパクトトーラス発生機として活用されている同装置の改良を行った。すなわち、TS-4装置においては従来1台の同軸磁化プラズマガンにて連発式で異極性プラズマを生成して両者の合体を行わせて、高β化についての予備的データを取得してきた。しかしこれによると、最初に生成された方のプラズマの減衰が早くて、後者との対等な合体が困難であることが指摘されてきた。そこで、本年度においては磁束保存容器の両端にそれぞれ同軸磁化プラズマガンを設置して、対面式の衝突合体ができるような装置にすべく改造をおこなった。従来の研究によると、衝突時の接触点において強い外部トロイダル磁界が加わっていると、磁気リコネクション速度が遅くなって、合体完了前にプラズマが減衰してしまうことが判明している。そこで接触点での外部トロイダル磁界を弱くすること目的として、接触点をなるべく中心対称軸より離す工夫をした。具体的にはRFP側生成部出口に金属製の円錐状プラズマ拡大装置を設置して、これによってRFPのリングが大きくなり、外周部において相手のトカマクと接触して合体させることができる。この構成の下で両側のプラズマ生成部の特性を各々計測して、プラズマ生成のタイミングについての基礎特性を調査した。さらにRFP側の電流をトカマク側の2倍程度に出来らようにコンデンサー電源の整備をおこなった。

Research Products

• [Publications] 酒井真一郎: "低アスペクト比トカマクにおけるティルト不安定とその安定化に関するMHDシミュレーション" プラズマ・核融合学会誌. 74・11. 1320-1335 (1998)
• [Publications] Tokimatsu,K.: "Study of Design Parameters for Minimezing the Cast of Electricity of Tokamak Fusion Power Reactors" Nuclear Fusion. 38・6. 885-901 (1998)
• [Publications] Chen, Q.: "An FDTD Formulation for Dispersive Madia using a Current Density" IEEE Transaction on Antenna and Propegation. 46・10. 1739-1746 (1998)