Merging and Neutral Beam Injection for Generation and Sustainment of Ultra High Beta Spherical Tokamak

用于生成和维持超高 Beta 球形托卡马克的合并和中性束注入

• 批准号: 20J21551
• 负责人: 田中 遥暁
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21551/
• 关键词: イオンドップラー分光法; 四重極状ポテンシャル; 面内電場; NPA; NBI; NBI実装; NPA容器製作; 電磁石製作; イオン加速・加熱; NBI開発; ファラデーカップ; 軌道計算; NPA開発; 光学設計; イオン加熱特性

トカマク合体法による核融合点火温度への効率的なプラズマ加熱シナリオの開拓を目標として、東京大学TS-6プラズマ合体装置を用いて、以下のテーマに沿って研究を進めた。（１）トカマク合体中の高ガイド磁場リコネクションで生じる四重極状ポテンシャル構造がイオンの加速・加熱に及ぼす影響をまとめた。四重極状ポテンシャルはトカマク合体領域でグローバルに形成されており、それに伴う面内電場とイオン加熱の大きさが正の相関にあることを明らかにした。（２）加工が完了したNPA高エネルギー粒子計測システムの電磁場性能を評価した。設計・製作した電磁石の静磁場分布を計測し、ターゲット粒子のエネルギー計測に十分な設計値通りの均一な磁場分布が計測領域で確認できた。しかしながらNPA容器の真空度が悪く、TS-6装置に接続して高エネルギー粒子計測まで実施することができなかった。（３）TS-6装置に取り付け完了したNBIの運転を開始した。イオン源生成に十分な真空度を達成し、新しく改造したワッシャーガンによるイオン源用プラズマ生成に成功した。ゆえにTS-6トカマク合体実験におけるパルス運転に最適な、エネルギー効率の高いイオン源の開発を完了した。続いて、イオン源からイオンビームを引き出すための加速電源の修理を行い、電極への接続後、ビーム引き出し実験を開始した。しかしながら、ワッシャーガンプラズマ生成時に加速電極とアース部分が短絡し、加速電圧が完全に降伏してしまい、所望のビームエネルギーの引き出しを行うことができなかった。（４）高磁場環境での合体加熱実験を行う英国核融合ベンチャーのトカマクエナジーにおける実験プログラムに参加し、合体加熱シナリオ最適化をめざして短期間渡英し、東京大学のドップラートモグラフィ分光を用いたイオン温度計測システムのセットアップを行った。

为了使用托卡马克聚结方法开发一种达到聚变点火温度的高效等离子体加热方案，我们使用东京大学的 TS-6 等离子体聚结装置进行了以下主题的研究。 (1)总结了托卡马克并合过程中高导磁场重联产生的类四极势结构对离子加速和加热的影响。结果表明，托卡马克并合区全局形成类四极子电势，并且伴随的面内电场与离子加热的大小呈正相关。 (2)对已完成的NPA高能粒子测量系统的电磁场性能进行了评估。对设计和制造的电磁体的静磁场分布进行测量，并确认在测量区域内具有符合设计值的均匀磁场分布，足以测量目标粒子的能量。然而，NPA容器内的真空度较差，无法将其连接至TS-6装置并进行高能粒子测量。 (3)安装在TS-6设备上的NBI开始运行。我们实现了离子源产生所需的足够真空度，并使用新改进的清洗枪成功地为离子源产生了等离子体。因此，我们完成了高能效离子源的开发，该离子源最适合TS-6托卡马克合并实验中的脉冲操作。接下来，我们修复了用于从离子源引出离子束的加速电源，将其连接到电极后，开始了束流引出实验。然而，当清洗枪等离子体产生时，加速电极与接地部分短路，加速电压完全击穿，无法提取所需的束流能量。 (4) 参与英国聚变企业托卡马克能源公司在高磁场环境下进行聚结加热实验的实验项目，并短期前往英国，目的是利用多普勒优化聚结加热场景东京大学建立了断层扫描光谱学离子温度测量系统。

项目成果

Multistage ion heating during high guide field reconnection associated with plasmoid formation

与等离子体团形成相关的高引导场重连接过程中的多级离子加热

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Tanaka; H. Tanabe; Y. Ono
• 通讯作者: Y. Ono

球状トカマク合体における高ガイド磁場リコネクションによる 多段階イオン加熱

球形托卡马克并合中高引导磁场重联的多级离子加热

• 发表时间: 2021
• 作者: 田中遥暁;田辺博士;小野靖
• 通讯作者: 小野靖

Multistage ion heating during high guide field reconnection associated with plasmoid formation

与等离子体团形成相关的高引导场重连接过程中的多级离子加热

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Tanaka; H. Tanabe; Y. Ono
• 通讯作者: Y. Ono

Multiple Ion Heating In Early Reconnection Phase Induced By Plasmoid Production

等离子体团产生引起的早期重连接阶段的多重离子加热

• 发表时间: 2020
• 作者: H. Tanaka; H. Tanabe; Q. Cao; Y. Ono
• 通讯作者: Y. Ono

高ガイド磁場リコネクションによる巨視的領域におけるイオン加速・加熱機構の解明

通过高引导磁场重联阐明宏观区域的离子加速和加热机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中遥暁;田辺博士;小野靖
• 通讯作者: 小野靖