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

2001 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 核融合科学研究所, 装置技術研究系, 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 核融合科学研究所, 装置技術研究系, 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、電子とイオンの二流体効果による新しいプラズマ緩和配位の追究と、それによる超高ベータプラズマ閉じ込めを目指しており、その目的のために磁気浮上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・建設中である。
磁気浮上内部導体コイルは、直径30cm、コイル全電流50kAT、コイル重量20kgで設計されている。コイル線材としては、高温超伝導線材であるBi-2223を採用しており、これは核融合プラズマ実験装置に高温超伝導線材が用いられる世界最初の例である。
磁気浮上内部導体コイルの励磁方式として、直接通電方式と、誘導方式による励磁がある。従来の低温超伝導コイルを用いた磁気浮上内部導体コイルでは誘導方式が一般的であるが、高温超伝導コイルであるために励磁・消磁に長い時間を要する、および励磁コイルやその電源が大規模になる、等の点を鑑み、本装置では着脱式の電極を用いた直接通電方式を採用した。従って、励磁後に永久電流運転へ移行させるための永久電流スイッチが必要となる。ここではMn添加のBi-2223線材を用いて、永久電流スイッチとしての機能を満たしうるか試験をし、所期の目的が得られる事を確認した。
本年度はコイル本体の製作を完了し、永久電流スィッチと結合させることにより、実機コイル導体システムを完成させ、通電試験を行った。その結果、所期の目的である50kATのコイル電流通電に成功した。またコイル電流の減衰時間に関しても、数時間程度の時定数が得られる見通しが立った。
プラズマの二流体緩和を実現させる方法として、プラズマ中に径電場を発生させる必要がある。ここでは以下の三種類の方法を検討している。
1)磁場ヌル点であるセパラトリックスを介しての電子の注入(この方式はProto-RT装置で実証済みである。)
2)ECH加熱で生成される高エネルギー電子の軌道損失を利用(これはトカマクのHモード誘起の物理的理由として取上げられている。)
3)電極挿入による直接的な径電場誘起(CCTトカマクでは、この方法でHモードを誘起している。)

Research Products

• [Publications] Y.Ogawa, et al.: "Design of a toroidal device with a high temperature Superconductor Coil for Non-neutral Plasma Trap"AIP Conference Proceedings. 606. 691-696 (2002)
• [Publications] J.Morikawa, et al.: "Levitation Experiment Using a High-Temperature Superconductor Coil for a Plasma Confinement Device"Japanese Journal of Applied Physics. 40. L1029-L1031 (2001)
• [Publications] 西宮 昌 その他: "CO2削減に向けた次世代エネルギー技術ハンドブック Hand book for Advanced Technology of New Energy toward Reduction of C02 Emission 第4.5章「原子力エネルギー」(c)核融合"リアライズ社. 326-335(10) (2001)