2021 Fiscal Year Annual Research Report
Merging and Neutral Beam Injection for Generation and Sustainment of Ultra High Beta Spherical Tokamak
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20J21551
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 遥暁 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | NBI実装 / NPA容器製作 / 電磁石製作 / イオン加速・加熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トカマクプラズマ合体加熱による磁気リコネクションでの爆発的なST加熱を行う本研究では(i)中性粒子ビーム入射（NBI）による圧力・電流分布の制御を行うことで、生成されたSTプラズマの安定化・長時間維持を目指すとともに、(ii)NBIや磁気リコネクションによって生成される高エネルギーイオン検出を行うことで高エネルギーイオン物理の追及を目指す。
本年度では、(i)のTS-6装置へのNBI実装にあたり、設計・製造の完了した全部品を組み立て・TS-6実験装置実装を行った。しかしながら、入荷時にセラミックの絶縁フランジが破損してしまい、真空引きに問題が生じてしまったため、再度フランジを製作した。また、NBIのイオン源であるワッシャーガンシステムの構築においてバンクからの絶縁トランスを新しく作製するなどシステムの配線も完了した。
(ii)の高エネルギー粒子計測では従来の静電式のものから質量分析可能な磁界・電界を応用した様式に改良した設計を行い、電磁石や、検出器に用いるマイクロチャンネルプレートを含む光学設計・製作を行った。電磁石は設計値通りの定常磁場を生成していることを確認し、容器の製作も完了した。
上記に加えて、イオン温度計測システムと静電ポテンシャル計測・磁気プローブ計測を用いてトカマク合体での磁気リコネクションによるイオン加熱と静電ポテンシャルによるイオン加速との関係を明らかにし、論文執筆を進めた。具体的には、静電ポテンシャル計測を異なるリコネクション磁場・ガイド磁場条件下で進め、イオン温度の増加とポテンシャルの相関を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
トカマク合体加熱による磁気リコネクションでのイオン加速・加熱機構解明に向けた実験を進め、静電ポテンシャルによる面内電場とイオン加速の依存性を明らかにするなどの結果をまとめ、論文執筆に着手したが、研究テーマの目標であったＮＢＩ・ＮＰＡのＴＳ－６導入を完了させることができなかった。ＮＢＩはフランジの損傷にともなう真空状態の悪化、真空改善に向けた作業の長期化があり、ＮＰＡにおいては校正用のイオン源の製作に時間がかかっていることや、光学システムの整備に時間を要していることが課題と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画として、（i）NBI装置のTS-6再度実装を完了させ、遠隔操作システムの配備を行い、トカマク合体後の超高ベータSTの長期維持に纏わる実験を進める。具体的には、10kV・20Aのビーム電流引き出しを目標に、合体面での内径～Ｘ点領域への入射を行い、プラズマ電流の増加・イオン温度上昇を目指す。加えて、(ii)NPA容器内のマイクロチャンネルプレートの高電圧回路の設計・製作を完了させ、全体的なシステムの校正を行う。その後、TS-6に導入し、磁気リコネクションによって生成した高エネルギー粒子のエネルギー解析を進める。はじめはNBIによる数keVレンジのエネルギーを有する粒子の同定を目標とし、続いて数100eV~1keVの低エネルギーレンジでの検出も目指す。
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