QUESTにおける非誘導電流生成と自発電流駆動のための高速電子の役割の解明と制御

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本研究の目的は核融合発電の定常的運転のために、非誘導プラズマ電流(Ip)駆動法であるEC波入射のみを用い、捕捉粒子の閉じ込めに有利な球状トカマク装置の利点を生かした高自発電流運転とその定常化の基礎を確立することである。特に、衝突緩和時間が長く閉じ込められやすい高速捕捉電子に注目し、それらが放射する硬X線のエネルギースペクトル・空間分布を計測することで、高速電子のエネルギーと密度の変化を調べ、高自発電流駆動に最適な条件を見出すことを目標としている。全lp中の自発電流の駆動率は、プラズマの圧力と閉じ込め磁場(Bp)の圧力の比に比例する。その比はポロイダルベータβpと呼ばれ、これを大きくするような条件を見つけることが高自発電流駆動のため必要である。そのため最終年度である平成24年度は前年度に設置したシステムを用い、高速電子の捕捉条件を変化させることで、このβpがどのように変化するのかを調べた。昨年度はIp立ち上げから閉じた磁力線構造形成過程を調べたのに対して、本年度は、数秒間以上定常維持され平衡状態となった閉じた磁力線構造中の高速捕捉電子閉じ込めとβpの関係についてしらべた。具体的には、高速捕捉粒子の閉じ込め条件が磁場構造の湾曲度によって変わることを利用し、その湾曲度(トロイダル磁場ミラー比;M)を増加させ、さらに印加する垂直磁場(Bz)を増加させた。このような高Mと高Bz条件でのIp駆動は過去の研究や他装置と比して新規な試みである。その結果、M=2の場合(通常1.2程度)、同じ閉じ込め磁場強度(同程度のIp)において高速電子の温度が10倍増加していることを確認した。磁気解析によりポロイダルベータは3.7まで増加し、高βp化に伴うインボードヌル磁場配位も確認された。硬X線計測により見積もったβpの値(～3)は磁気解析の値とよく一致し、一方で低速電子の担うβp(～0.2)が十分低いことにより、Mの増加に伴うβpの増加は、高速捕捉粒子の閉じ込めが優位なことにより温度が上昇しプラズマ圧力が上昇したことに起因すると考える。