プラズマ電位・電場を活かしたプラズマ輸送制御と境界プラズマ研究

法人化以降のセンターの設置目的は「プラズマ物理学及びその応用に関する研究教育(特に電位/電場によるプラズマ閉じ込めの向上、及びプラズマの高性能化に係る研究教育)並びに関連機器の開発等を行う」としている。この目的のもと、日本有数の核融合研究設備を有効に活用した研究推進するために,これまでの成果と開放端磁場の特長を活かし、重点化に即した核融合研究(ITER project等)の最も重要かつ緊急の課題に挑戦する。核融合炉の実現を目指す上では、コア部の数億度のプラズマに対して、常温に近い第一壁との境界を満たす境界プラズマ/ダイバータプラズマ制御が炉の成否を決する鍵であることから、新しいアイデアを盛り込んだ装置を用いて以下の方針で研究を実施してきた。

(1) 電場による閉じ込め改善研究の成果を発展的に第2期計画に取り込み,コアプラズマに加えて境界領域にまで拡張した電場構造によるプラズマ輸送制御研究を進める。

(2) この境界領域まで拡張した研究に取り組むため、斬新なセンターの基幹装置(GAMMA 10)にダイバータ模擬実験領域を組み込んだ装置として改造を施し、境界プラズマ/ダイバータプラズマの輸送制御研究を可能にする。

下の概念図を示すように第2期計画では、「プラズマ閉じ込め改善と境界プラズマ制御によるダイバータ板への熱粒子束の大幅な低減の両立」という高性能炉心プラズマ実現に必須の研究を柱として研究を推進してきた。また,これらの研究を支えるツール、電位構造とプラズマの制御の鍵となる先端加熱装置(ジャイロトロン等)と先進的な計測(高機能トムソン散乱システム、重イオンビームプローブ等)の開発研究を推進し、同時にミラーでの特長を活かした研究として,直接発電等の研究も加え、双方向型共同研究を活用して効率的に研究を推進してきている。

第2期中期目標・中期計画の研究内容の概念図



我々は、第3期中期計画において、これまでに得られた成果を活用して、更なる研究の展開を図る。核融合エネルギーフォーラムより出されたダイバータ研究開発の戦略的加速の方策に関する評価・検討報告書(平成27年12月)において「新たな研究プラットフォームとして、ダイバータのプラズマパラメータや、対向材料への熱・粒子負荷を正しく模擬出来るダイバータ級定常高密度プラズマ実験装置、及び中性子照射材・機器の熱負荷試験が可能な熱負荷試験装置の建設が必要である。」と謳われている。センターでは、上記装置(実機)の目的に資するプラズマ生成・加熱に関する知見を得ることを目標とし、実機の前段階として小型プロトタイプ定常プラズマ装置の建設に向けて検討を始め、第3期中期計画中に建設を開始する計画を立てている。(装置名:pilot GAMMA PDX-SC 仮称)このプロトタイプ装置では、実機に向けた外装生の高いデータベースを既存装置であるGAMMMA 10/PDXで培った知見にも続いて得ることを目標としている。本計画では、現有の電源設備、加熱装置等は最大限に活用し、磁場コイルは常伝導を基本とするが、一部(強磁場領域)は段階的に超伝導への移行も検討している。下表には、新装置の目標パラメータと既存装置(GAMMA 10/PDX)及び、将来期待される実機装置(定常高密度プラズマ実験装置)との比較を示している。表から分かるように、新装置は現存装置と将来の実機装置間の橋渡しの役目を担っている。第3期以降では、本装置を用いた新たな研究の展開によって更にダイバータ模擬研究を深化させ、双方向型共同研究を進展させてゆく方針である。 また、これらの研究を通じて、センターの定評のある人材育成・輩出能力をさらに拡大し、大学の責務である教育についても着実に貢献していく。

新装置の目標パラメータと既存及び将来の実機装置との比較