磁気浮上内部導体コイルを有する小型トーラス装置による高βプラズマ閉じ込め研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12308019
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小川 雄一 東京大学, 高温プラズマ研究センター, 教授 (90144170)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三戸 利行 東京大学, 核融合科学研究所, 教授 (10166069) ; 森川 惇二 東京大学, 高温プラズマ研究センター, 助手 (70192375) ; 二瓶 仁 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70010973) ; 岩熊 成卓 九州大学, 工学部・附属超伝導科学研究センター, 助教授 (30176531) ; 柳 長門 東京大学, 核融合科学研究所, 助教授 (70230258)
• Keywords: 2流体緩和プラズマ / 高ベータ / 内部導体装置 / 磁気浮上コイル / 高温超伝導線材 / 永久電流スイッチ / フィードバック制御 / GM冷凍機

Research Abstract

本研究では、プラズマの2流体効果による新しいプラズマ緩和配位の追究とそれによる高ベータプラズマの探究を目指して、磁気浮上超伝導内部導体コイルを有するトーラス装置(Mini-RTと呼称)を設計・建設している。
高密度・高温プラズマを生成・制御し高ベータプラズマ研究を行うためには、Mini-RT装置の磁気浮上内部導体コイルとしては、コイル半径R=15cm、コイル電流I=50kAT程度必要である。ここではこの磁気浮上内部導体コイルを、高温超伝導線材を用いて製作することとした。従って、従来の低温超伝導線材と比較し、20K程度までの冷却で十分であり、GM冷凍機による簡易冷却が可能である、熱容量が大きいのでクエンチ対策が不要である、等の利点が挙げられる。次にコイル電流の励磁方式として、着脱式の電流導入端子による直接通電方式を採用した。従ってコイル電流を励磁した後は、電源から切り離されるので、浮上コイル内に永久電流スイッチを設置する必要がある。ここでは高抵抗の高温超伝導線材を採用し、その特性試験を行った。このような設計方針およびR&Dに基づき詳細設計を進め、磁気浮上用超伝導コイルを製作した。
磁気浮上コイルは数十ミクロンの精度で制御されなければならない。Mini-RT装置では引上げコイル方式を採用しており、その制御特性を磁気浮上試験装置(FB-RTと呼称)を製作し調べた。まずは永久磁石の浮上実験では10ミクロンの精度でフィードバック制御することに成功した。次に小型の高温超伝導コイル(半径R=4cm、コイル電流I=2.6kAT)を試作し、磁気浮上実験に成功すると共に、所期の目的通りの良好な制御特性が得られ、Mini-RT装置での制御の見通しを得た。

Research Products

• [Publications] Y.Ogawa, et al.: "Design of a toroidal plasma confinement device with a levitated super-conducting internal coil"AIP Conference Proceedings. 498. 417-422 (1999)
• [Publications] Z.Yoshida, et al.: "Toroidal magnetic confinement of non-neutral plasmas"AIP Conference Proceedings. 498. 397-404 (1999)