Investigation on electron-positron plasma using artificial magnetosphere and pulsed positron source

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当初予定の5年間の計画では，(1)希少な荷電粒子の高密度状態の実現に適したコンパクトなダイポール磁場装置の製作と荷電粒子の捕獲，(2)大強度パルス陽電子源を活用した大強度陽電子源の製作を実施した上で，これらを活用して(3)電子・陽電子プラズマを実現し物性を解明することを立案していた．当初予定よりも大幅に短縮された研究期間中，主に(1)に注力し，電子・陽電子プラズマの平衡モデルの構築と生成方法の検討，また陽電子ビームラインで運転可能な高温超伝導ダイポール装置の設計及び予備実験を進め，コンパクトなダイポール装置の製作に向けて一定の進展が得られた．主に先進核融合を目指す高温プラズマ実験が実施されてきた既存の大型ダイポール磁場装置に対して，比較的低密度の電子・陽電子プラズマ実験を可能にするためには，プラズマ状態の達成に適した小さな閉じ込め体積を持ち，陽電子ビームラインでの運転に適した小型のダイポール装置を開発する必要がある．この目的に適した装置として，(1)従来から使用されてきたヘリウムガス循環を行わない直接冷却方式と，(2)閉ループ構造のコイルとして誘導励磁を行い，永久電流スイッチや外部電源は使用しない，という方式を採用したシステムの成立性を検討した．装置の中核となるダイポール磁場コイルは，電流中心直径15cmの小型巻線として構造を決定し，機械強度に優れたビスマス系の超伝導線材を用いて試験巻線によるテストを行った．超伝導運転時間を規定するコイルへの許容入熱は，実現可能な値として1Wに設定し，熱スイッチを用いて熱伝導による直接冷却かつ運転時には熱絶縁を保つ構造を取る設計とした．プラズマの閉じ込め性能に影響を与える軸対称性に配慮し，陽電子ビームの入射は装置軸上から行うこととし，入射や閉じ込めの検討を数値計算を進めた．これらに基づき，新方式のダイポール磁場装置の開発が可能になった．