異極性プラズマ合体によるコンパクトトカマク急速加熱法の研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455116
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 桂井 誠 東京大学, 工学系研究科, 教授 (70011103)
• 研究分担者: 板垣 敏文 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60242012) ; 小野 靖 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30214191)
• キーワード: プラズマ閉じ込め / トカマク / 球状トカマク / スフェロマック / 合体 / 異極性合体 / 高βプラズマ / コンパクトトーラス

研究概要

本研究は、アスペクト比が1.5程度以下の球状トカマク(コンパクトトカマク、あるいは低アスペクト比トカマクとも呼ばれる)に関して、その高β(β=プラズマ圧力と磁気圧力の比)化を目的とし、初期生成加熱法に従来の変流器コイルに頼らない新方式の異極性プラズマ合体法を適用してプラズマが果たして加熱されるのか、この点を実験によって確認することにある.具体的には、コンパクトトーラス生成合体実験装置として外部平衡磁界付TS-3装置、および磁束保存容器付TS-4装置を用い、それらの内部に中心導体を設置して外部トロイダル磁界を印加し、軸方向に隣接した1対の異極性(トロイダル電流は同方向であるがトロイダル磁界は逆向き)球状トカマック/RFP(逆転磁界ピンチ)を生成し、両者を合体させる.この軸対称合体において両者のトロイダル磁束が互いに打ち消し合って消滅し、その過程を通してプラズマ加熱効果が生じて高βプラズマの生成が期待される。異極性合体による加熱は、本研究以前において外部トロイダル磁界のない場合においてFRC配位(逆磁場配位)生成として実証ずみであったが、本研究において外部トロイダル磁界を加えてトカマク領域の実験を行った結果、種々の問題が生じることが判明した.特に初期に生成するRFP側は、相手のトカマク側よりも安定性と寿命の点で劣っており、対等に合体させてトロイダル磁界を消滅させるには相応の強い磁界を初期段階でRFP側に注入しておく必要性が明らかになった。このような検討を通して高β球状トカマクの生成を可能とする条件を明らかにすることができた。

研究成果

• [文献書誌] 小野(亮): "ヘリシティー注入配位型低アスペクト比トカマクの平衡解析" 電気工学論文誌A. 117-A・6. 591-598 (1997)
• [文献書誌] TOKIMATSU,K.: "A novel method of TVTS in the TS-3device and the proposal of its application" Fusion Engineering and Design. 34・35. 635-637 (1997)
• [文献書誌] MORITA,A.: "Experimental Investigation on Tilt Stabilizing Effect of External Toroidal Field in Low Aspect Ratio Tokamak" Physics of Plasmas. 4・2. 315-322 (1997)
• [文献書誌] ONO,Y.: "Experimental Observation of Direct Ion Heating/Acceleration" Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Researches. (予定).
• [文献書誌] 小野(亮): "低アスペクト比トカマクの平衡解析と近似モデルについての検討" 電気学会論文誌A. 116-A・2. 128-135 (1996)
• [文献書誌] YAMADA,M.: "Global Stability Study of the Ultra-low Aspect Ratio Tokamak,ULART" Nuclear Fusion. 36・9. 1210-1216 (1996)