トカマクに於ける大電流逃走電子の研究

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トロイダル電流系(トカマク)に於ける逃走電子が、プラズマの平衡、安定性に与える影響について、実験・理論の両面から研究した。大電流の逃走電子は、相対論的効果を持つビ-ムコアを形成し、通常のトカマク型MHD平衡とは異なるビ-ムプラズマ平衡が形成される。本研究では、先ず理論的にビ-ムプラズマ平衡を定式化し、数値解析によってこの平衡の特徴を明らかにした。逃走電子ビ-ムのエネルギ-が1MeV以上程度の相対論的領域に入ると、トロイダルビ-ムの遠心圧力の効果が顕著となり、ビ-ム軌道は平衡磁気面から大半径方向に大きくシフトすると同時に、平衡非対称ファクタ-(Shafranora)Λが大きくなる。ビ-ムが運ぶトロイダル電流が大きくなると、ビ-ム成分によるポロイダル磁場の効果によって、より高エネルギ-の電子が閉じ込められる様になり通常のトカマクと構造が異なるビ-ムプラズマ平衡が得られる事を示した。次に小型トカマク装置NOVA-II(京大・工)を用い、大電流逃走電子放電を行い、トカマクから大きく逸脱した平衡特性を有するビ-ムプラズマ平衡を実験的に得、その特性を解析した。プラズマは大半径30cm小半径6cm、トロイダル磁場は約1Tである。6×10^<18>m^<ー3>以下程度の低密度放電に於いて、トロイダル電流10KA、Λ〜3程度を得た。X線のスペクトルから電子の最大エネルギ-は1.5MeV程度と考えられる。ビ-ム成分は長いテ-ルを持ったエネルギ-分布を持ち、約50%程度の電流を担っていると考えられる。探針によるビ-ム空間分布の計測では広域に広がった分布が得られたが、特に高Λの放電では探針による平衡の乱れが大きく、ビ-ムの集中効果については、今後X線空間分布計測等による計測が必要である。以上の様に、トカマクの大電流逃走電子放電を、ビ-ムプラズマ系の物理によって解析し、その基礎的な特性を明らかにすることができた。