中性粒子ビーム加熱と磁気リコネクション加熱を駆使した超高ベータ配位の安定維持

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昨年度までにTS-4装置において極限的ベータ値を持つ磁場反転配位(FRC)を、異極性合体の磁気リコネクションによるイオン加熱および中性粒子ビーム入射による電子加熱と安定化効果を利用して、生成することに成功した。今年度はその大型FRCに外部からトロイダル磁場を急速に印加することにより、FRCに比べて良好な閉じ込め性能を持つ球状トカマク(ST)の立ち上げを行った。その高い圧力勾配と低い磁気シアを持つSTはFRC由来の反磁性なトロイダル磁場分布を持ち、トロイダルベータ値が50%を超える超高ベータ状態が約50μsの間維持された。また反磁性なトロイダル磁場分布を持つ高ベータなSTが絶対極小磁場分布を有していることを見出した。外部トロイダル磁場の印加中において安全係数qが低いことがグローバルな不安定性に対して問題となるが、高速コンデンサバンクを使用することによって、不安定モードの成長時間よりも十分に短い立ち上げを実現し、低次トロイダルモードの成長が抑制されていることを実験的に確認した。圧力駆動型不安定性の解析によると、立ち上げ中の高ベータSTは磁気軸付近のqが1を下回る磁気面の領域で部分的に理想バルーニングモードに対して不安定であることを示した。さらにそれに起因すると考えられる空間的にコヒーレントな磁場揺動が観測された。またその強度は合体生成後から外部トロイダル磁場を立ち上げていくに連れて段々小さくなっていくことを観測した。一方、スフェロマックから形成した比較的低ベータなSTではそのような磁場揺動が観測されなかった。以上、高ベータなFRCからSTの立ち上げ過程において、全ての磁気面においてバルーニング安定となるような平衡状態へ緩和していると考えられる。