研究課題
磁場反転配位(FRC)への中性粒子ビーム入射(NBI)実験において、FRCの安定性や閉じ込めの改善が明らかになった。まずビームイオンがFRC中において捕捉されていることが測定によって確認された。これは軌道計算でも明らかであったことだが、ビームイオンはFRCの磁気軸外側において捕捉され、局所的にプラズマ電流を駆動し、電子加熱効果ももたらすことが分かった。そして捕捉された高速イオンがシミュレーションで予想されていたように安定化に働くことが計測によっても明らかになった。さらに磁気リコネクション由来の径方向内向きの電場がNBIによって増加することが分かった。この電場がFRCの回転不安定性を抑制し、プラズマ端付近で生成されるフローのシア(shear)により粒子閉じ込めの改善に結び付いていると考えられる、以上の効果によりFRCの寿命の伸長を達成することができた。FRCなどの高ベータフラズマの加熱や長時間維持を目的として新たにNBI装置を開発し、最大で約0.8MWのビーム電力を達成した。これにより球状トカマクの熱圧力の増加や寿命の改善を得ることができている。大きな磁束と高い熱圧力を持つ高ベータプラズマを得るために磁気リコネクションを利用しているが、そのリコネクションの高速化機構や加熱機構を物理的に明らかにしつつある.再結合を起こす磁場に垂直な磁場(ガイド磁場)が小さくなるにつれて、ホール効果が顕著になりリコネクション電場の増加をもたらす。またインフローを外部から駆動することで電流シートの3次元性をもたらしリコネクションを高速化させることが分かった。これらはガイド磁場が非常に小さいFRC生成において非常に重要である。またホール効果でできる静電ポテンシャルがフラズマを加速するが、ガイド磁場印加によるホール電流との相互作用による力によりその加速が弱められると考えられる。
2: おおむね順調に進展している
FRCへの高いビーム電力を持つNBIの適用実験において、安定性や閉じ込めの改善に関する物理が明らかになってきた。またFRCを生成するために重要なプロセスである合体リコネクションにおける高速化機構や加熱機構が明らかになってきた。
高いビーム電力のNBIによるFRCなどの高ベータプラズマへの入射実験を行い、加熱機構や安定性の物理を明らかにする。また、ビームがFRCに吸収されやすい初期状態を得るため、磁気リコネクションの高速化機構や加熱機構の解明をさらに勧める。
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PHYSICS OF PLASMAS
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