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2016 年度 実施状況報告書

パルス高出力リコネクション加熱を用いたトカマク点火実験

研究課題

研究課題/領域番号 15K14279
研究機関東京大学

研究代表者

小野 靖  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30214191)

研究分担者 井 通暁  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00324799)
田辺 博士  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30726013)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード磁気リコネクション / プラズマ合体 / イオン加熱 / 球状トカマク / アルファ加熱 / アウトフロー / ショック / 電子加熱
研究実績の概要

次年度は,計画通りこれまで建設した電源・コイルのインフラをさらに高エネルギー化し,電源系も所有の16kV, 0.4MJに加え,40kV, 20kV, 10kVの合計1MJのコンデンサーを他機関から取得し,総エネルギー1.4MJのシステムを自作した。ポロイダルコイル6基もケーブル巻線製から銅ロッド製に組み直し,力学性能が格段に向上した。トロイダルコイルも強化,平衡磁場コイル電源も高エネルギー密度の電気二重層型コンデンサーを採用・自作し,計測系整備も,従来7×5点の2次元計測であったイオン温度計測を32×10点に高精細化するなど,大きな進歩があった。
インフラを利用して合体させる球状トカマクのポロイダル磁場を徐々に引き上げた結果,ホール効果により,リコネクションアウトフローが傾いてX点下流の強いイオン加熱領域が傾く効果やX点に強くピークした電子加熱領域が次々明らかになった。磁場2乗の加熱スケーリングの立証は250eVまで完成している。
リコネクション加熱のみを用いた核融合炉の点火の可能性は内外の注目を集め,2016年10月には日本政府主催のInternational Cool Earth Forum会議に初めて設置された核融合セッションを任されて,招待講演を行ない,IAEA Fusion Energy会議への日本代表論文への採択も3件に達した他,多くの招待講演につながり,高い評価を得ることができた。磁気リコネクションの中心会議であるMR2017国際会議も主催し,盛況であった。
さらに,リコネクション加熱による核融合炉点火のアイデアは英国のベンチャー企業Tokamak Energy社が数億円をかける次期プロジェクトST-40実験に採用され,東京大学が協力して実験をプラン・技術支援し,キーとなるイオン温度計測も東京大学が担当することになるなど実用化に向けて新しい展開につながった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

予算が少ない中,自作により電源拡張は更に進み,計画を大幅に上まわる1.4MJのコンデンサー電源を整備できたこと,ポロイダルコイル6基すべてを銅ロッドで再構成し,力学強度を大幅に強化したこと,320チャンネルを越えたイオン温度計測システムの構築は計画を上まわる進展である。
特にリコネクション加熱のみを用いた核融合炉の点火の可能性は内外の注目を集め,2016年10月には日本政府主催のInternational Cool Earth Forum会議に初めて開催された核融合セッションを小野が任され,招待講演を行った点は特筆できる。招待講演も9件,IAEA Fusion Energy会議への日本代表論文への採択も3件に達し,2件の新聞発表にもつながり,高い評価を得ることができた。学会での注目度の高さが契機となってリコネクション分野の中心となるMR国際会議を2017年3月に東京大学で主催することにつながり,ここでも90名の参加者を集めて,大きな成果をあげている。リコネクション加熱による核融合点火のアイデアが英国のベンチャー企業Tokamak Energy社が数億円をかける次期プロジェクトST-40実験に採用され,東京大学が技術支援することになった点も特筆できる。
以上,リコネクション加熱による核融合炉点火研究は当初計画になかった大きな進展が複数あり,計画を越える高エネルギーの電源,コイルインフラの完成や高精細イオン温度計測システムの構築とともに,計画以上の成果につながったと判断できる。

今後の研究の推進方策

合体実験の高磁場化と2次元計測のインフラを作ってきた結果,計画を上まわる1.4MJのコンデンサー電源と銅ロッド製ポロイダルコイルに320チャンネルドップラー計測を整備できたので,一連の装置の安全を慎重に確認しつつ,徐々にポロイダル磁場を従来の0.02Tから上げており,イオン温度も100eV超へ上昇している。昨年度,高精細化を進めて320から500チャンネルに達しつつある2次元高精細イオンドップラー計測に目処がついたので,今後はこれを基幹計測として用い,ポロイダル磁場を徐々に引き上げつつ,イオン加熱のスケーリングをTS-3球状トカマク実験でこれまでに立証できた250eVを上まわる領域へ拡大していく予定である。また,本研究のリコネクション加熱による核融合点火のアイデアが英国のベンチャー企業Tokamak Energy社の資金量豊富なST-40実験に採用され,東京大学が協力することになったことから,こちらも並行して進めていく予定である。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 8件、 査読あり 8件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 18件、 招待講演 9件) 図書 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] プリンストン大学/プリンストンプラズマ物理研究所(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      プリンストン大学/プリンストンプラズマ物理研究所
  • [国際共同研究] カラム研究所/トカマクエナジー研究所(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      カラム研究所/トカマクエナジー研究所
  • [国際共同研究] 国立成功大学(台湾)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      国立成功大学
  • [雑誌論文] Localized electron heating during magnetic reconnection in MAST2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, H. Tanabe, T. G. Watanabe, Y. Hayashi, R. Imazawa, M.Inomoto, Y. Ono, M. Gryaznevich, R. Scannell, C. Michael and The MAST Team
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 56 ページ: 106019

    • DOI

      10.1088/0029-5515/56/10/106019

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Energy Conversion Mechanism for Electron Perpendicular Energy2017

    • 著者名/発表者名
      X. Guo, R. Horiuchi, C. Z. Cheng, Y. Kaminou and Y. Ono
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 24 ページ: 032901

    • DOI

      10.1063/1.4977908

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Investigation of Merging/reconnection Heating during Solenoid-free Startup of Plasmas in the MAST Spherical Tokamak2017

    • 著者名/発表者名
      H. Tanabe, T. Yamada, K. Gi, T. Watanabe, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, C. Michael, B. Crowley, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. McClements, J. Harrison, T. O'Gorman, C. Z. Cheng, Y. Ono
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 57 ページ: 056037

    • DOI

      10.1088/1741-4326/aa6608

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Recent progress of magnetic reconnection research in the MAST spherical tokamak (Invited)2017

    • 著者名/発表者名
      H. Tanabe, T. Yamada , T. Watanabe , K. Gi , M. Inomoto , R. Imazawa , M. Gryaznevich , C. Michael , B. Crowley , N. J. Conway , R. Scannell , J. R. Harrison , I. Fitzgerald , A. Meakins , N. C. Hawkes , K. G. McClements , T, O Gorman , C,Z. (Frank) Cheng , Y. Ono , the MAST team
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 24 ページ: 056108

    • DOI

      10.1063/1.4977922

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical study of Hall effects on counter-helicity spheromak merging by twodimensional Hall-MHD simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Kaminou, Xuehan Guo, Michiaki Inomoto, Yasushi Ono, and Ritoku Horiuchi
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 24 ページ: 032508

    • DOI

      10.1063/1.4978785

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Application of Tomographic Ion Doppler Spectroscopy to Merging Plasma Startup in the MAST Spherical Tokamak (Invited)2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, K. Kadowaki, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. J. Conway, B. Crowley, K. G. McClements, I. Fitzgerald, C. Michael, J. Harrison, A. Meakins, N. Hawkes, T. O’Gorman, C. Z. Cheng, Y. Ono, and the MAST Team
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 11 ページ: 1302093

    • DOI

      10.1585/pfr.11.1302093

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reconnection Heating Experiments and Simulations for Torus Plasma Merging Startup2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Ono, T. Yamada, S. Inoue, M. Inomoto, C. Z. Cheng, M. Gryaznavich, R. Scannell, N. J. Conway, B. Crowley, C. Michael, H. Hara, S. Usami and R. Horiuchi
    • 雑誌名

      Fusion Energy 2016

      巻: 1 ページ: EX/P4-38 (8pp)

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Investigation of Merging/reconnection Heating during Solenoid-free Startup of Plasmas in the MAST Spherical Tokamak2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tanabe, T. Yamada, K. Gi, T. Watanabe, K. Kadowaki, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. J. Conway, C. Michael, B. Crowley, J. Harrison, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. G. McClements, T. O’Gorman, C. Z. Cheng and the MAST team
    • 雑誌名

      Fusion Energy 2016

      巻: 1 ページ: EX/P4-32 (8pp)

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Fine structure formation of high field reconnection experiment in MAST and Univ. Tokyo (invited2017

    • 著者名/発表者名
      H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, H. Koike, A. Kuwahata, H. Yamanaka, K. Kimura, M. Narita, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, T. O'Gorman, K. G. McClements, C. Z. Cheng, Y. Ono and the MAST team)
    • 学会等名
      MR2017 Conference (US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection)
    • 発表場所
      ひめぎんホール, 松山,愛媛
    • 年月日
      2017-03-19 – 2017-03-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High Power Heating of Magnetic Reconnection in TS, MAST and ST-40 Experiments2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Ono, H. Tanabe, S. Inoue, K. Gi, X. Guo, R. Horiuchi, S. Usami, C.Z. Cheng, M. Gryaznevich
    • 学会等名
      MR2017 Conference (US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection)
    • 発表場所
      ひめぎんホール, 松山,愛媛
    • 年月日
      2017-03-19 – 2017-03-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Role of Parallel Electric Field in Collisionless Reconnection2017

    • 著者名/発表者名
      C. Z. Chneg, S. Inoue, Y. Ono, R. Horiuchi
    • 学会等名
      MR2017 Conference (US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection)
    • 発表場所
      ひめぎんホール, 松山,愛媛
    • 年月日
      2017-03-19 – 2017-03-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] An optical probe for local 3D ion flow measurement system2017

    • 著者名/発表者名
      Hideya Koike, Hiroshi Tanabe, Ono Yasushi
    • 学会等名
      MR2017 Conference (US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection)
    • 発表場所
      ひめぎんホール, 松山,愛媛
    • 年月日
      2017-03-19 – 2017-03-23
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of High-Field ST Merging Experiment: TS-U for High Power Reconnection Heating2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Ono, H. Koike, Tanabe, S. Himeno, S. Ishida, K. Kimura, M. Kawanami, M. Narita, Y. Takahata, T. Yokoyama, M. Inomoto, C. Z. Cheng
    • 学会等名
      58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 発表場所
      San Jose, CA, USA
    • 年月日
      2016-10-31 – 2016-11-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of guide field in driven magnetic reconnection2016

    • 著者名/発表者名
      C. Z. Cheng, S. Inoue, R. Horiuchi, Y. Ono, X. Guo
    • 学会等名
      58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 発表場所
      San Jose, CA, USA
    • 年月日
      2016-10-31 – 2016-11-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy Conversion Mechanism for Electron Perpendicular Energy in High Guide-Field Reconnection2016

    • 著者名/発表者名
      X. Guo, R. Horiuchi, Y. Kaminou, C. Z. Cheng, Y. Ono
    • 学会等名
      58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 発表場所
      San Jose, CA, USA
    • 年月日
      2016-10-31 – 2016-11-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent progress of magnetic reconnection research in the MAST spherical tokamak (Invited)2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Tanabe
    • 学会等名
      58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 発表場所
      San Jose, CA, USA
    • 年月日
      2016-10-31 – 2016-11-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reconnection Heating Experiments and Simulations for Torus Plasma Merging Startup2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Ono, T. Yamada, S. Inoue, M. Inomoto, C. Z. Cheng, M. Gryaznavich, R. Scannell, N. J. Conway, B. Crowley, C. Michael, H. Hara, S. Usami and R. Horiuchi
    • 学会等名
      Fusion Energy Conference 2016
    • 発表場所
      Kyoto Convension Center, Kyoto, Kyoro
    • 年月日
      2016-10-17 – 2016-10-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Reconnection Heating Experiments and Simulations for Torus Plasma Merging Startup2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tanabe, T. Yamada, K. Gi, K. Kadowaki, M. Gryaznavich, R. Scannell, N. J. Conway, C. Michael, B. Crowley, J. Harrison, I. Fitzgerald, A. Meakings, N. Hawkins, K. Mcclrmrntd, T. O’gorman and C. Z. Cheng
    • 学会等名
      Fusion Energy Conference 2016
    • 発表場所
      Kyoto Convension Center, Kyoto, Kyoto
    • 年月日
      2016-10-17 – 2016-10-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of Closed Flux Surfaces in Reconnection Current Layer by Accelerated Electrons during Merging Start-up of Spherical Tokamak2016

    • 著者名/発表者名
      M. Inomoto, K. Yamasaki, T. Ushika, X. Guo, S. Kamio, R. Yanai, T. Suhawara, Y. Fukai, H. Yamanaka, and R. Tamura
    • 学会等名
      Fusion Energy Conference 2016
    • 発表場所
      Kyoto Convension Center, Kyoto, Kyoto
    • 年月日
      2016-10-17 – 2016-10-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Innovative Approaches to Economical DEMO reactors (invited)2016

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Ono
    • 学会等名
      3rd Annal Meeting of Innovation for Cool Earth Forum, Concurrent Session Part 2 “Nuclear Fusion”
    • 発表場所
      Chinzanso, Tokyo Japan
    • 年月日
      2016-10-05 – 2016-10-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Merging/ Reconnection Heating for Direct Access to Fusion Reaction (invited)2016

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Ono and Anthony Ford
    • 学会等名
      3rd Annal Meeting of Innovation for Cool Earth Forum, Concurrent Session Part 2 “Nuclear Fusion”
    • 発表場所
      Chinzanso, Tokyo Japan
    • 年月日
      2016-10-05 – 2016-10-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of High Magnetic Field Merging Tokamak Experiment TS-U for Reconnection Heating Physics and Applications2016

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Ono, Hiroshi Tanabe, Kokoro Kimura, Masashi Kawanami, Syunsuke Ishida, Ryoma Nakai, Michiaki Inomoto, Chio Zong Cheng
    • 学会等名
      The 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
    • 発表場所
      Kaohsiung Exhibition Center in Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2016-06-27 – 2016-07-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High Power Heating of Magnetic Reconnection in Toroidal Plasma Merging Experiments: TS-3, TS- 4, UTST and MAST2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tanabe, T. Yamada, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, B. Crowley, C. Michael, K. G. McClements, M. Inomoto, C. Z. Cheng, Y. Ono and the MAST team
    • 学会等名
      The 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
    • 発表場所
      Kaohsiung Exhibition Center in Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2016-06-27 – 2016-07-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Shape Reconstruction of Merging Spherical Tokamak Plasma using only based on the External Magnetic Sensor Signals in UTST device2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ushiki, M. Itagaki, M. Inomoto
    • 学会等名
      The 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
    • 発表場所
      Kaohsiung Exhibition Center in Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2016-06-27 – 2016-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron heating and acceleration during high guide-field magnetic reconnection2016

    • 著者名/発表者名
      Xuehan Guo, Chio Z. Cheng, Ritoku Horiuchi, Yasushi Ono
    • 学会等名
      The 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
    • 発表場所
      Kaohsiung Exhibition Center in Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2016-06-27 – 2016-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Laboratory Experiments of Merging Tokamaks and Spheromaks for Reconnection-Heating Physics and Applications (Invited)2016

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Ono, Hiroshi Tanabe, Kokoro Kimura, Masashi Kawanami, Syunsuke Ishida, Ryoma Nakai, Michiaki Inomoto, Chio Zong Cheng
    • 学会等名
      Korean Physical Society
    • 発表場所
      Daejeon Convention Center, Daejeon, Korea
    • 年月日
      2016-04-20 – 2016-04-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] The Physics of Plasma-Driven Accelerators and Accelerator-Driven Fusion2016

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Tajima, Michl Binderbauer, Y. Ono et al.
    • 総ページ数
      196
    • 出版者
      AIP Publishing
  • [学会・シンポジウム開催] MR2017 Conference (US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection)2017

    • 発表場所
      ひめぎんホール, 松山,愛媛
    • 年月日
      2017-03-19 – 2017-03-23

URL: 

公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-22  

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