プラズマの波動加熱の高効率化をはかるための基礎的研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究の目的は高周波波動を用いたプラズマ補助加熱の高効率化を計るために重大な影響を及ぼす種々の非線形現象を詳細に調べることにあった。そのために、(1)中電力マイクロ波(【ω_o】〜!_【2.85GHz,最大10KW)を用いて、】ω_o【〜!_】Wpe近傍における電磁波エネルギーの吸収機構を明らかにする。(2)イオンの加熱、加速に関する現象を明らかにするために、二重プラズマを用いて、大振幅衝撃波によるイオン加熱及び加速の詳細を調べる。(3)プラズマ加熱を行うと二電子温度状態にあるプラズマが形成されるので、そこで励起される大振幅負極性イオン波の性質を明らかにする、ことを研究計画の骨子とした。以下に本年度に得られた研究成果の概要を述べる。〔$$I$$〕中電力マイクロ波を弱磁場中不均一プラズマに照射すると、VpxBo加速により高エネルギー電子が放出される。現在最大約1KeVの電子が観測されている(マイクロ波吸収率は約60%程度)。これと同時に$$ω_o$$〜!_$$Wpe近傍でも等密度面に沿って数百eVの電子が放出される。これは密度キヤビティに捕捉された高周波場が、VpxBo加速機構により電子を加速したものと解釈している。これら高エネルギー電子をプラズマ系外に出るまえに熱化し、加熱効率を上げるためには定常磁場強度を上げることが考えられるが現状では詳細には理解されておらで、今後の課題として残された。〔$$II$$〕大振幅イオン波衝撃波によるイオン加熱は波動に捉されたイオンがその最大波動電位まで加速し、放出することが明らかになった。更に、波動電場内におけるイオン捕捉の存在を実験的に確認した。イオン捕捉の存在は〔$$I$$〕における電子捕捉の存在を傍証するものである(〔$$I$$〕においては電子の捕捉の存在は予想されるものの直接確認は極めて難しい)。〔$$III〕では二電子温度プラズマにおける負極性ソリトンの励起に始めて成功した。更に、非線形スネルの法則の存在を明らかにした。