超音速クラスタービームを用いた高温プラズマ中における密度揺動励起に関する研究

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本研究では、核融合プラズマへの新たな燃料供給手法である超音速ガスパフ1超音速クラスタービーム入射法の特性を高温プラズマに適用し評価を行い、この手法の利点を生かしてプラズマ中に密度揺動を外部励起することで、その揺動が乱流へ及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。超音速ガスパフとは、高圧の燃料水素ガスを、ラバールノズルを介して噴出することで、収束した超音速ガス流をプラズマへ供給するものである。前年度実験では、超音速ガスパフの特長を活かした高繰り返し入射実験を行い、プラズマ周辺部に密度変調をかけること密度揺動を外部励起することを試みる実験を行った。将来の核融合炉を見据えた場合、高温プラズマからダイバータ部へのパルス的な熱負荷を軽減することが、重要課題の1つであり、この制御法の確立が急がれている。超音速ガスパフの密度変調によって、このパルス的熱負荷を大きく減少させる現象を発見した。今年度の実験では、このパルス的熱負荷を減少させる要因の1つとして、プラズマ周辺部密度を変化させることであるかを検証するための実験を行った。実験では、このパルス的熱負荷が発現しているプラズマにおいて周辺部密度を超音速ガスパフの1パルス入射によって微小変化させることで、パルス的熱負荷を軽減させる実験結果を得た。これにより、パルス的熱負荷を軽減させる上で、プラズマ周辺部密度を制御することが重要であることが示唆された。