QUESTにおける非誘導電流生成と自発電流駆動のための高速電子の役割の解明と制御

阐明和控制高速电子在 QUEST 中的非感应电流生成和自发电流驱动中的作用

• 批准号: 11J04190
• 负责人: 田島 西夜
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Kyushu University
• 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 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J04190/
• 关键词: 非誘導電流駆動; EC波; 高速電子; 球状トカマク; 非誘導電流立ち上げ; 自発電流; 捕捉粒子; 磁場のミラー比

本研究の目的は核融合発電の定常的運転のために、非誘導プラズマ電流(Ip)駆動法であるEC波入射のみを用い、捕捉粒子の閉じ込めに有利な球状トカマク装置の利点を生かした高自発電流運転とその定常化の基礎を確立することである。特に、衝突緩和時間が長く閉じ込められやすい高速捕捉電子に注目し、それらが放射する硬X線のエネルギースペクトル・空間分布を計測することで、高速電子のエネルギーと密度の変化を調べ、高自発電流駆動に最適な条件を見出すことを目標としている。全lp中の自発電流の駆動率は、プラズマの圧力と閉じ込め磁場(Bp)の圧力の比に比例する。その比はポロイダルベータβpと呼ばれ、これを大きくするような条件を見つけることが高自発電流駆動のため必要である。そのため最終年度である平成24年度は前年度に設置したシステムを用い、高速電子の捕捉条件を変化させることで、このβpがどのように変化するのかを調べた。昨年度はIp立ち上げから閉じた磁力線構造形成過程を調べたのに対して、本年度は、数秒間以上定常維持され平衡状態となった閉じた磁力線構造中の高速捕捉電子閉じ込めとβpの関係についてしらべた。具体的には、高速捕捉粒子の閉じ込め条件が磁場構造の湾曲度によって変わることを利用し、その湾曲度(トロイダル磁場ミラー比;M)を増加させ、さらに印加する垂直磁場(Bz)を増加させた。このような高Mと高Bz条件でのIp駆動は過去の研究や他装置と比して新規な試みである。その結果、M=2の場合(通常1.2程度)、同じ閉じ込め磁場強度(同程度のIp)において高速電子の温度が10倍増加していることを確認した。磁気解析によりポロイダルベータは3.7まで増加し、高βp化に伴うインボードヌル磁場配位も確認された。硬X線計測により見積もったβpの値(～3)は磁気解析の値とよく一致し、一方で低速電子の担うβp(～0.2)が十分低いことにより、Mの増加に伴うβpの増加は、高速捕捉粒子の閉じ込めが優位なことにより温度が上昇しプラズマ圧力が上昇したことに起因すると考える。

本研究的目的是仅使用EC波注入这种非感生等离子体电流（Ip）驱动方法来实现核聚变发电的稳定运行，并开发一种高速托卡马克装置，该装置利用了球形托卡马克装置有利于限制捕获的粒子，目的是建立自流运行及其稳态的基础。特别是，我们重点关注容易被俘获较长碰撞弛豫时间的高速俘获电子，并通过测量它们发射的硬X射线的能谱和空间分布，研究了其能量和密度的变化。目标是找到最佳的驾驶条件。总lp中自发电流的驱动速率与等离子体压力与约束磁场压力(Bp)的比值成正比。该比率称为极向ββp，为了驱动高自功率电流，需要找到增大该比率的条件。因此，在项目的最后一年2012年度，我们使用前一年安装的系统，通过改变高速电子的捕获条件来研究βp如何变化。去年，我们研究了从Ip启动开始的闭合磁力线结构的形成过程，而今年，我们研究了保持闭合磁力线结构中βp与高速俘获电子约束的关系。稳定超过几秒钟并达到平衡状态。具体来说，利用高速捕获粒子的限制条件根据磁场结构的弯曲程度而变化的事实，我们增加了弯曲程度（环形磁场镜比；M），并进一步增加了施加的垂直方向。磁场（Bz）。如此高M和高Bz条件下的IP驱动相对于过去的研究和其他设备来说是一个新的尝试。结果，我们证实，当M=2（通常在1.2左右）时，在相同的约束磁场强度（相同的Ip）下，快电子的温度会增加10倍。磁分析表明，极向β增加到3.7，并且与βp增加相关的内侧零磁场配置也得到证实。通过硬X射线测量估计的βp（~3）值与磁分析的值非常吻合，另一方面，慢电子引起的βp（~0.2）足够低，因此βp的增加为M 增加，这被认为是由于高速捕获粒子的限制优势导致温度和等离子体压力增加。

项目成果

QUESTにおける複数の初期磁場ミラー比配位での非誘導電流駆動時の高速電子の挙動

QUEST 中多个初始磁场镜比配置中非感应电流驱动期间快速电子的行为

• 发表时间: 2012
• 作者: 松野孝平;石井健一郎;夏池真史;塚崎千庫;山口篤;今井一郎;田島 西夜
• 通讯作者: 田島 西夜