移送中の磁場反転配位プラズマの速度・位置制御の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14580528
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 高橋 努 日本大学, 理工学部, 助教授 (50179496)
• 研究分担者: 島村 信 日本大学, 理工学部, 講師 (00059627) ; 野木 靖之 日本大学, 理工学部, 教授 (90059569)
• キーワード: 磁場反転配位 / 移送 / 移送速度制御 / 能動的制御 / 受動的制御 / パルス磁場 / n=1モード運動 / 位置制御

研究概要

磁場反転配位プラズマの速度制御法として新たに能動的方法が提案され、昨年度提案された受動的な方法と比較検討された。受動的な方法では、閉じ込め領域に金属ライナーを設置し、移送ブラズマが排除する磁束をライナーの時定数により制御しパルス磁場をFRCプラズマに加える方法である。この方法では、パルス磁場の効果は、プラズマ半径と金属ライナーの比およびライナーの時定数によって決まる。そのため、現在のプラズマパラメータの領域では、効果が小さく10km/sで入射される3mgの重水素プラズマを静止させるにすぎない。しかし、移送プラズマとの同期を取るには優れている。また、ライナーに入射、出射する際にもプラズマを減速できる。
新しく提案された能動的な方法は、閉じ込め領域内にパルスコイルを設置して移送されて来たプラズマの動きに合わせて電流を流し、電流値と電流波形を変えFRCプラズマの静止・反射を制御する。この方法では、立ち上がり時間10μs,40kAのパルス電流で3mgの重水素FRCプラズマの移送速度を最大40km/sまで制御し、静止・反射できることが基礎的な実験から明らかにされた。この結果は、計算種ミレーションともよく一致することが示された。
また、移送時の位置制御で問題となるn=1モードの巨視的な運動が開じ込め磁場の磁場構造から検討された。N=1モード運動の発生は、閉じ込め磁場の磁場勾配と密接な関係があり、負の磁場勾配がある場合運動が小さくなることがわかった。プラズマの楕円率の大きなプラズマの安定性がよい。閉じこめコイル内に導体を挿入することにより磁場の構造が制御できる。
FRCプラズマの内部構造が磁場計測および光学計測から調べられた。磁気計測では、開いた磁力線領域のブラズマのβ値やエッジプラズマの厚みなどを考慮した磁気構造が明らかにされた。また、光学測定では、n=1モード運動に伴う圧力分布の非対称性が発生することが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] T.Takahashi, T.Fujino, Y.Nogi: "Control Axial Motion on Field reversed configuration Plasmas by resistive metal liner"Bulletin of The American Physical Society. Vol.48(7). 148-148 (2003)
• [文献書誌] H.Gota, K.Fujimoto, Y.Ohkuma, T.Takahashi, Y.Nogi: "Separatrix shape and internal structures of a field-reversed configuration plasma"Plasma Physics. Vol.10(12). 4763-4770 (2003)
• [文献書誌] M.Okada, K.Fujimoto, H.Gota, T.Takahashi, Y.Nogi: "Formation of field reversed Configuration plasmas using resistive metal liner"Proceedings of 13^<th> International Toki Conference. (掲載予定).
• [文献書誌] 藤野俊之, 高橋 努, 野木靖之, 松山健太郎: "FRCプラズマの移送速度制御"第5回核融合エネルギー連合講演会A64p. (発表予定).
• [文献書誌] 岡田昌典, 郷田博司, 高橋努, 野木立之: "FRCプラズマの巨視的運動と内部構造の関係"第5回核融合エネルギー連合講演会A62p. (発表予定).
• [文献書誌] H.Gota, T.Takahashi, Y.Nogi: "Magnetic Structure inside the Separatrix on Field-revered Configuration Plasmas"Proceedings of 13^<th> International Toki Conference. (掲載予定).