合体加熱による球状トカマクプラズマの超高ベータ化の実験的検証

• Project/Area Number: 04J11472
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: The University of Tokyo
• Research Fellow: 梅田 耕太郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 球状トカマク / 磁気リコネクション / プラズマ合体 / 磁場揺動 / 合体加熱

Research Abstract

核融合炉の実現には高温高圧のプラズマを長時間閉じ込める必要があり、その閉じ込め配位として30-40%の高いベータ値を持ちつつ、トカマクの安定性を引き継いだ球状トカマクが注目を集めている。しかし、球状トカマクはその形状からトカマクと同様の、中央ソレノイドコイルによる立ち上げを行うことができない。本研究では外部コイルの誘導により生成した2個の球状トカマクを合体させることにより高ベータ球状トカマクを立ち上げる手法を提案している。
本年度は球状トカマクを含むコンパクトトーラスの合体加熱実験において、2次元磁場揺動を得るために、アンプ回路の設計、構築を行った。この結果、得られた磁場揺動は単体コンパクトトーラスの生成時、および合体時において著しく生じることが示され、合体後、5μsで生成時の1/10まで減衰する。この揺動は250kHz前後と低い周波数を持っており、また合体前から生じることから圧力駆動型不安定性由来の揺動ではないと推測される。
また、1次元で対向させた光ファイバによる分光計測を用いて、流速を計測し、流速による補正を加えたイオン温度を算出した。その結果、イオン温度は60eV程度であった。磁気リコネクションでの磁場から熱への変換効率は100%近いことが報告されており、本実験では理論的には200eV程度が予測される。この損失は前述の揺動によるもの、すなわち合体後の配位完成までの間の熱損失が原因と考えられ、初期コンパクトトーラス形成、移送時の平衡、安定性についての議論が今後の課題である。