電極バイアスによるヘリアック・プラズマの閉じ込め改善に関する研究

ヘリカル磁気軸ステラレータである東北大ヘリアック装置において、プラズマ内に挿入された小球形電極(SUS製、直径8mm)に電圧を印加することにより、閉じ込め特性を変化させることに成功した。18.7kHzの高周波ジュール放電により生成された電子密度4〜5×10^<11P>cm^<-3>、電子温度15〜20eVのヘリアックプラズマを対象としている。電極に負電圧を印加すると50GHzマイクロ波干渉計により計測された線電子密度が20〜30%とやや増加するモードが存在することが確認できた。この線電子密度の増加は、電極電圧、電極位置には大きく依存はしない。さらに、電極に正電圧を印加すると、線電子密度は電極電圧、電極位置に大きく依存する。電極位置がプラズマ周辺にある場合には、線電極密度は50〜70%も減少する。しかし、電極をプラズマの平均半径の1/2より内側まで挿入すると、電極電圧が100V以下では線電子密度が〜30%減少するものの、200V以上の電圧を印加すると、線電子密度が約100%増加し、最外郭磁気面近傍で電子密度が減少していることが確認できた。このとき、電子温度の空間分布は電極に電圧を印加する前の分布をほぼ保存している。上述と同じ電極電力入力で線電子密度の増加するモードが存在しない磁界配位が存在することと、イオン種により線電子密度の増加するモードが存在しない場合があることより、電極電流のジュール加熱により線電子密度が増加するのではなく、閉じ込め特性が改善されたものと考えられる。また、マッハプローブにより計測されたポロイダルフローの増減と線電子密度の増減には正の相関があり、流速および流れの向きは測定された径方向電場より見積もられる値と矛盾しないことが明らかとなった。

ヘリカル磁気軸ステラレータである東北大ヘリアック装置において、プラズマ内に挿入された小球形電極(SUS製、直径8mm)に電圧を印加することにより、閉じ込め特性を変化させることに成功した。18.7kHzの高周波ジュール放電により生成された電子密度4〜5×10^<11P>cm^<-3>、電子温度15〜20eVのヘリアックプラズマを対象としている。電極に負電圧を印加すると50GHzマイクロ波干渉計により計測された線電子密度が20〜30%とやや増加するモードが存在することが確認できた。この線電子密度の増加は、電極電圧、電極位置には大きく依存はしない。さらに、電極に正電圧を印加すると、線電子密度は電極電圧、電極位置に大きく依存する。電極位置がプラズマ周辺にある場合には、線電極密度は50〜70%も減少する。しかし、電極をプラズマの平均半径の1/2より内側まで挿入すると、電極電圧が100V以下では線電子密度が〜30%減少するものの、200V以上の電圧を印加すると、線電子密度が約100%増加し、最外郭磁気面近傍で電子密度が減少していることが確認できた。このとき、電子温度の空間分布は電極に電圧を印加する前の分布をほぼ保存している。上述と同じ電極電力入力で線電子密度の増加するモードが存在しない磁界配位が存在することと、イオン種により線電子密度の増加するモードが存在しない場合があることより、電極電流のジュール加熱により線電子密度が増加するのではなく、閉じ込め特性が改善されたものと考えられる。また、マッハプローブにより計測されたポロイダルフローの増減と線電子密度の増減には正の相関があり、流速および流れの向きは測定された径方向電場より見積もられる値と矛盾しないことが明らかとなった。