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
- 教授：長﨑 百伸 准教授：小林 進二 助教：稲垣 秦一郎
荷電粒子と電磁界を制御し、高パワーマイクロ波装置、中性粒子ビーム入射装置といったプラズマ加熱・電流駆動システム、マイクロ波、動的ビーム分光、X線などを用いたプラズマ計測・解析手法を開発しています。
電磁波・粒子ビームによる先進エネルギーの開発
荷電粒子と電磁界の相互作用を高度・高精緻に制御することにより、21世紀の人類に計り知れない恩恵をもたらす先進科学技術の開発を進めています。究極のエネルギー源として期待されている核融合実験装置において、GHz 周波数帯の電磁波を利用した波動および数万ボルトの大型イオン源を利用した中性粒子ビーム入射はプラズマを生成・加熱することに幅広く利用されています。高パワーマイクロ波源であるマグネトロンやジャイロトロンを用いた電子サイクロトロン共鳴加熱によるプラズマの生成・加熱・電流駆動、MHD 不安定性の抑制、また、中性粒子ビームを用いた高密度プラズマの生成・加熱を利用してプラズマの高温度化・高密度化を目指した研究を進めています。一方で、高温プラズマの閉じ込め特性はプラズマ中に存在する種々の揺動によって決定され
るため、揺動の物理機構を理解することも重要な課題です。このため、京都大学で創案された先進ヘリカル磁場閉じ込めプラズマ実験装置Heliotron J における閉じ込め・輸送・MHD 安定性の最適化を目指し、高時空間分解能を有するマイクロ波を用いた電子サイクロトロン放射計測、反射計システムによるプラズマの分布・揺動の計測を行っています。
動的ビーム分光を用いたプラズマ計測装置の開発も進めており、温度・密度・流速やそれらの揺動を計測する手法を研究しています。プラズマに吸収される加熱パワーの解析を始めプラズマの平衡や輸送解析を大型計算機を利用して数値計算を行うことで、プラズマの熱や粒子の閉じ込めを理解します。
大電力イオン源を用いた中性粒子ビーム入射と動的ビーム分光法による高度プラズマ計測
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高電圧・大電流イオン源を用いた中性粒子ビーム入射によりプラズマを高温・高密度化します。加えてプラズマの流速・電流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。また、中性粒子ビームを利用した動的ビーム分光法でプラズマ中の密度・温度・流速やそれらの揺動を計測する機器の開発を行っており、プラズマの輸送の理解に役立てています。
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不安定性制御・抑制による磁場閉じ込めプラズマの高性能化
高温プラズマ中に現れる種々の不安定性を制御・抑制することでプラズマの高性能化を図ることを研究目標としています。それら不安定性の中にはプラズマの二面性である粒子と波動が共鳴的相互作用を起こす物理的にも興味深い現象に起因したものもあり、それら物理現象の解明を目指した研究をプラズマ実験と数値シミュレーションにより進めています。
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高パワーマイクロ波源「ジャイロトロン」
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ガウス分布形状の70GHz500kW マイクロ波ビームを出力し、電子サイクロトロン共鳴を用いて核融合プラズマの生成・加熱・電流駆動を行っています。
X線計測によるプラズマ構造とMHD不安定性の解析
高温プラズマから放射されるX線を用いて、プラズマの形状や内部構造を詳細に計測・解析する研究を行っています。プラズマの変形現象はMHD不安定性によって自発的に発生ますが、そのメカニズムを解明することは、プラズマを安定に維持し、閉じ込め性能を向上させる上で非常に重要です。特に、X線画像計測を活用したプラズマの三次元形状再構成手法の開発を進めており、三次元平衡との比較や揺動の空間構造の解析により、物理機構の理解や制御手法の確立に貢献することを目指しています。
