中性粒子ビーム加熱と磁気リコネクション加熱を駆使した超高ベータ配位の安定維持

利用中性粒子束加热和磁重联加热稳定维持超高β配位

• 批准号: 11J02462
• 负责人: 伊井 亨
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02462/
• 关键词: 球状トカマク; 磁場反転配位; 磁気リコネクション; 中性粒子ビーム入射; プラズマ合体; バルーニングモード; 高ベータプラズマ; プラズマ; 核融合

昨年度までにTS-4装置において極限的ベータ値を持つ磁場反転配位(FRC)を、異極性合体の磁気リコネクションによるイオン加熱および中性粒子ビーム入射による電子加熱と安定化効果を利用して、生成することに成功した。今年度はその大型FRCに外部からトロイダル磁場を急速に印加することにより、FRCに比べて良好な閉じ込め性能を持つ球状トカマク(ST)の立ち上げを行った。その高い圧力勾配と低い磁気シアを持つSTはFRC由来の反磁性なトロイダル磁場分布を持ち、トロイダルベータ値が50%を超える超高ベータ状態が約50μsの間維持された。また反磁性なトロイダル磁場分布を持つ高ベータなSTが絶対極小磁場分布を有していることを見出した。外部トロイダル磁場の印加中において安全係数qが低いことがグローバルな不安定性に対して問題となるが、高速コンデンサバンクを使用することによって、不安定モードの成長時間よりも十分に短い立ち上げを実現し、低次トロイダルモードの成長が抑制されていることを実験的に確認した。圧力駆動型不安定性の解析によると、立ち上げ中の高ベータSTは磁気軸付近のqが1を下回る磁気面の領域で部分的に理想バルーニングモードに対して不安定であることを示した。さらにそれに起因すると考えられる空間的にコヒーレントな磁場揺動が観測された。またその強度は合体生成後から外部トロイダル磁場を立ち上げていくに連れて段々小さくなっていくことを観測した。一方、スフェロマックから形成した比較的低ベータなSTではそのような磁場揺動が観測されなかった。以上、高ベータなFRCからSTの立ち上げ過程において、全ての磁気面においてバルーニング安定となるような平衡状態へ緩和していると考えられる。

直到去年，我们通过利用不同极性组件的磁重新连接以及由于中性粒束入射而导致的电子加热和电子加热和稳定作用，成功地生成了TS-4设备中极端β值的磁场反转协调（FRC）。今年，通过从外部迅速将环形磁场应用于大型FRC，我们推出了球形托卡马克（ST），该球形比FRC具有更好的限制性能。具有高压梯度和低磁性剪切的ST具有源自FRC的Dimamagnetic环形场分布，并保持在超高的beta状态下，大约50μs的环形β值超过50％。还发现具有磁磁性环形磁场分布的高βst具有绝对最小磁场分布。在应用外环磁场期间，低安全系数Q是全球不稳定的问题，但是通过使用高速电容器库，经过实验证实，该初创公司比不稳定模式的增长时间足够短，并且抑制了低阶旋转模式的增长。压力驱动不稳定性的分析表明，在发射过程中的高βST在磁性轴附近Q低于1以下的磁表面区域的理想气球模式下部分不稳定。此外，观察到在空间相干的磁场振荡被认为归因于此。还观察到，随着组合结构的形成后，强度逐渐降低。另一方面，在由球形瘤形成的相对较低的βst中未观察到这种磁场振荡。据认为，在高βFRC和ST启动过程中，温度放松到平衡状态，在所有磁性表面上，气球稳定。

项目成果

Spontaneous Three-Dimensional Magnetic Reconnection in TS-4 Merging Experiment

TS-4合并实验中的自发三维磁重联

• 发表时间: 2012
• 作者: 廿日出文洋;他;T. Ogawa and S. Adachi;Toru Ii
• 通讯作者: Toru Ii