2017 Fiscal Year Research-status Report
Demonstration of major disruption suppression by passive stabilization of plasma position with simple helical coils
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17K06990
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
飯尾 俊二 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90272723)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
筒井 広明 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (20227440)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | トカマク / ディスラプション / ヘリカル磁場 / 簡易ヘリカルコイル / 位置不安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ位置の安定作用のある簡易ヘリカル形状コイルを用いた受動的制御により、トカマク型核融合装置の突発的放電停止に至る主ディスラプションの発生を抑制できることを、小型トカマク装置PHiXにて実証することを目的としている。
PHiX装置は完成してほぼ２年になるが、放電調整があまり進んでいない。その主な原因は大きな水平誤差磁場（トーラス平均でトロイダル磁場の約1/1000）があり、プラズマ着火させるためにも垂直磁場を発生させるPFC４本のうちの赤道面に近い側の１本を他の３本と逆方向かつ絶対値としては同じ程度の電流を流さなければならなかった。このため、プラズマの制御性が悪く、表面安全係数が３付近で制限された小さい断面のプラズマを生成するのに留まっていた。水平誤差磁場の向きはトロイダル磁場を反転すると逆になることから、TFCの設置誤差が主な原因と考えられた。そこで、PHiXの16本のTFCが接続された天板の真円からのずれを、装置中心から伸ばし水平方向に回転する腕の先に鉛直方向に照射されるレーザーを取り付け、レーザーが当たる位置と天板外縁部の相対距離を計測することで評価した。次に天板を基準に、真空容器の設置誤差を同様の手法で測定した。その結果、天板の直径は東西方向と比較して南北方向が約２mm大きくなっており、真空容器中心はTFC天板中心から４mm程度偏心している構造になっていることが判明した。また、TFCとTFC支持材の傾きの測定もそれぞれ行うことで、前述の部分以外の装置誤差による構造上のずれを評価した。さらに、それらのずれを補正して誤差磁場を約10分の１に低減し、初期ポロイダル磁場無しで着火するようになり、本研究を行うプラズマを生成できるようになった。
並行して、トロイダル磁場との合成で真空容器内に閉磁気面を形成する簡易ヘリカル形状コイルの設計を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実証実験を行うPHiX装置に大きな水平誤差磁場があったために、放電調整とプラズマ位置制御の最適化が十分に進んでいない。誤差磁場の発生原因の究明と低減作業に時間を割いたために、簡易ヘリカル形状コイルは設計に留まり、その製作と設置は平成30年度にずれこんだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
簡易ヘリカル形状コイルをPHiX装置に設置して実験を開始する。簡易ヘリカル磁場の効果を確実に引き出すために、90 度毎に配置した４本のコイルを用いる。簡易ヘリカルコイルに通電しなければ主ディスラプションが起きる高電子密度放電や低安全係数（プラズマ電流を強く流して磁力線のねじれピッチを高めた）放電において、激しいMHD 不安定性が励起されてプラズマ圧力の急減（熱消滅）が発生しても放電を維持し続けられることを示す。
簡易ヘリカルコイルに通電すると、プラズマは軸対称ではなくなるが、真空容器内設置した軸対称なポロイダル磁束ループ14 本を用いて平均的プラズマ位置を評価する。そして実験の再現性をよくするために、プラズマ位置のフィードバック制御を改良する。
線平均電子密度はディスラプション発生領域を規定する１つのパラメータであり、精度のよい計測を必要とする。このため、波長4 mm のマイクロ波を用いた干渉計を整備する。
並行して、エネルギーが極小になるプラズマ形状を平衡として求める自由境界でのVMEC コードを利用し、エネルギー原理を使って位置安定性解析を行う。通常のVMEC には真空容器の効果が反映されていないので、これを境界条件として取り込めるよう改良する。
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| Causes of Carryover |
残金が少額となったため、次年度に繰り越して簡易ヘリカル形状コイルの製作費に含める。
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