トーラスプラズマのスクレイプ・オフ層を活用した新たな周辺プラズマ制御法の開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26630476
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 東井 和夫 核融合科学研究所, その他部局等, 名誉教授 (20093057)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: プラズマ・核融合 / スクレイプ・オフ層 / ダイバータ / 共鳴磁場摂動

Outline of Annual Research Achievements

[目的] 本研究は、ダイバータバイアスによりトーラスプラズマの最外殻磁気面（LCFS）のすぐ外側の開いた磁力線領域に存在するスクレイプ・オフ層(SOL)プラズマ中の磁力線に沿った電流を可変することにより、プラズマ周辺部に発生する巨視的不安定性や周辺プラズマ輸送の制御法の開発を目的とする。さらに、この手法の国際熱核融合実験炉(ITER)などの核燃焼プラズマへの適用性の評価も本研究の重要な課題である。
[研究実績]上記目的に沿って、第一段階として単純な条件下でSOL電流制御を行うため、九州大学応用力学研究所の球状トカマクQUEST装置にバイアス可能な4枚のダイバータ板を新たに設置した。4枚のバイアスダイバータ板はトロイダル方向に90°ずつ離して設置し、それぞれ独立に位相制御できるよう設計・製作した。これらに、それぞれバイポーラ電源を接続し、任意の位相で制御できるよう回路系を構築した。QUEST装置における高周波生成プラズマの線平均電子密度は1x10^17 m^-3であり、ダーバータ板付近の電子温度及び電子密度はそれぞれ10eV, 5X10^16 m^-3と予想される。また、ダイバータ粒子束の径方向の広がりを３cmと予想すると、ダイバータ板に流入あるいは流出する電流は１A程度以下と見積もられ、同電源容量を超えないので実験可能である。各ダイバータ板への印加電圧及び駆動電流のモニター回路を含めた位相制御ダイバータバイアスシステムを構築した。次年度から、ノイズ対策、電気絶縁耐圧等の試験を経て、高周波で生成したQUESTのプラズマでの位相制御実験を行う予定である。SOL電流制御のため、直流及び100kHzまでの交流バイアス電圧が印加を試みる。この位相制御ダイバータバイアスにより、生成される摂動磁場強度を評価するとともに、その生成磁場摂動のダイバータ粒子束への影響を明らかにする。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

QUEST装置に、バイアス電圧印加可能でしかもダイバータ板がそれぞれ独立に位相制御できる4枚のバイアス・ダイバータ板を設置した。また、バイアス回路系とデータ収集装置の構築をほぼ完了した。次年度から、QUESTの高周波プラズマを用いての試験を行える段階に至った。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、プラズマ電流が十分小さい上下に伸びたシート状プラズマでトーラス上部に設置したダイバータ板へ粒子束が十分流入する状況で、位相制御したダイバータバイアスを行う。これにより、設置したダイバータバイアスシステムの問題点を明確化する。見出さされた問題点の対策をはかり、大電力高周波による大きなプラズマ電流を生成維持しダイバータ配位を実現する。ダイバータ配位のヌル点とダイバータ脚位置を調整し位相制御ダイバータバイアスの可能性を調べる。発生する磁場摂動の大きさとトロイダル・ポロイダルモード構造、及びダイバータ流入束とその径方向の拡がりの変化に注目する。

Causes of Carryover

目指した機能を確保した上でバイアス・ダイバータ板（４枚）構造の簡素化を実現できたことにより予定価格より15％程度、低減できた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

QUEST装置プラズマを使った予備実験結果に基づき、ダイバータ板の改造及び信号回路の高度化のために有効活用する予定である。