プラズマエネルギー研究分野

エネルギー生成研究部門 プラズマエネルギー研究分野
准教授:南 貴司 助教:小林 進二
核融合炉開発をはじめとするプラズマエネルギー応用を拓くプラズマの生成・計測・制御に関する研究を行っています。

プラズマ生成・計測・制御手法の開発が拓くプラズマ高性能化

核融合エネルギー実用化を目指した核融合炉をはじめ、プラズマのエネルギー応用の未来を開拓する、超高温プラズマの生成・計測・制御に関する研究を行っています。より高い性能を持ったプラズマを得るためには、プラズマの熱・粒子・運動量の輸送を制御する必要があります。具体的にはプラズマを閉じ込める磁場配位の最適化、プラズマ加熱、燃料ガス等の給排気、およびプラズマを取り囲む容器壁材料との相互作用の制御等が必要です。高電圧・大電流イオン源を用いた中性粒子ビーム入射を用いた加熱研究において、プラズマを高温・高密度化するだけでなく、運動量・電流駆動を制御するアクチュエーターとして積極的に利用することで輸送を制御し、より好ましいプラズマ閉じ込めの状態を作り上げる手法を開発しています。加熱制御に加え新しい燃料ガス供給法を取り入れることで、プラズマの高密度化を目指した研究を進めています。高密度化にはプラズマと容器壁材料との間の領域、いわゆる境界プラズマが深く関わっており、境界プラズマの物性の理解を進めています。
また、熱・粒子・運動量の輸送を理解するために、計測機器の開発を行っております。具体的にNd:YAG レーザートムソン散乱法、荷電交換再結合分光法、ビーム放射分光法等をヘリオトロンJ装置に適用し、プラズマの密度・温度・流速やそれらの揺らぎの時間的・空間的な分布の発展を計測しています。近年、プラズマの乱れた揺らぎ(乱流)と輸送との関連性に注目が集まっています。上述の加熱・粒子補給・境界プラズマの制御を複合的に捉え最適化することでプラズマ分布を制御し、閉じ込め性能が改善されることがわかってきており、乱流との関連性を実験的に明らかにする研究に取り組んでいます。

大電力イオン源を用いた中性粒子ビーム入射システム

中性粒子ビーム入射装置は2 つのビームライン(BL1, BL2)で構成され、最大入射電圧・入射パワーはそれぞれ3 万ボルト・70万ワットです。

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新しいガス供給制御法の適用によるプラズマ運転領域拡大

プラズマへの燃料ガス供給法に新しい手法(高強度短パルスガスパフ法HIGP)を取り入れることで、周辺部における高い密度勾配を持った高密度H-mode プラズマの生成に成功し、運転領域を拡張することができました。

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ヘリオトロンJ装置に取り付けるNd:YAG レーザートムソン散乱計測装置の概念図

Nd:YAG レーザートムソン散乱法による高温プラズマ分布計測

プラズマ中のイオン温度・フロー速度計測のための荷電交換再結合分光装置の概略図

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