極限ベータ磁場配位における磁気圧縮加熱
【研究分野】プラズマ理工学
【研究キーワード】
磁場反転配位プラズマ / FRCプラズマ / 磁気圧縮 / 断熱圧縮 / 高ベータ / 閉じ込め / 加熱 / スケーリング則 / 核融合 / 高ベータプラズマ / 先進燃料 / 低中性子発生 / 高環境適合性 / 閉じ込め改善 / 磁場反転配位 / 極限ベータ配位 / 磁気圧縮加熱 / ミラー磁場 / 磁気プローブ
【研究成果の概要】
磁場反転配位(Field Reversed Configuration : FRC)プラズマはプラズマ圧力の閉じ込め磁場圧力に対する比、即ち、ベータ値が1に近い極限的な値を持っている。従って10%程度の低ベータ閉じ込め方式に比し弱い磁場で核融合炉を構成することができ、工学的に有利である。このようなFRCプラズマを加熱・保持するには中性粒子ビームが考えられるが、これは高価な設備を要するため、これを適用するFRCプラズマの閉じ込め特性が良好で中性粒子ビームのパワーが小さいことが望まれる。ここでFRCプラズマの閉じ込めはFRCプラズマの太さr_sの2〜3乗に比例することが知られている。これまで、FRCプラズマを生成部から閉じ込め部へと軸に沿って移動させる移送の際、閉じ込め部の磁束を生成部のそれより小さくすることによりプラズマ温度の重大な低下を招かずにr_sを増大させていた。しかし、この方法ではプラズマを超音速で移動させ、これを停止させる必要があり、その際、プラズマは径方向へ過膨張した後、壁との接触等により閉じ込めが劣化してしまうため、r_sの値は限られていた。そこでFRCプラズマを音速より充分遅く軸方向に圧縮、径方向には膨張させる軸方向圧縮を案出した。これは、FRCプラズマを軸方向に閉じ込めているミラー磁場の間隔を時間とともに短縮させることにより行う。そのために真空チェンバー内に設置でき、プラズマの閉じ込め時間よりは短く音速の伝播時間よりは長い50μs程度の立ち上がり時間を持つ磁場コイルを開発し、これを軸方向に配置して必要な時間差で順次通電した。これにより、プラズマからのエネルギーや磁束の減衰も考慮すれば断熱理論からの予測で説明できる軸方向圧縮が可能であることを実証した。更にプラズマ長35%にまで圧縮し、プラズマ長に対するプラズマ径の比が4.1にまで減少してもFRCプラズマ閉じ込めのスケーリングはプラズマ長に依存しないことも示された。
【研究代表者】