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複合系プラズマ分野(高温プラズマ物性分野)

核融合を目指した超高温プラズマの運動論的及び磁気流体的性質を、実験ならびに理論シミュレーション的手法を用いて解明し、あわせて高温プラズマの発生・加 熱・制御の原理の探索とその応用について研究・教育を行う。 具体的には、次世代ヘリカル系の高温プラズマ閉じ込め装置開発を目的に、ヘリオトロンJ装置をもちいて、準等磁場配位を指導原理とする閉じ込め改善の実現 と磁場最適化のための物理原理の探索の実験的・理論的研究を進める。

ヘリオトロンJ装置

いま世界各国で、磁場閉じ込め核融合の実現とその高性能化を目指し、LHD(日本・核融合科学研究所)やWendelstein 7-X (ドイツ・マックスプランク研究所)などの大型のヘリカル型実験装置、さらにはHSX(米国・ウィスコンシン大学)、NCSX(米国・PPPL研究所)、 H-1NF(オーストラリア国立研究所)、TJ-II(スペイン・CIEMAT研究所)などの中小型ヘリカル型装置による先進磁場配位探求の研究が進めら れています。このような世界の研究動向のなかで、ヘリオトロンJ装置は、京都大学で創案された先進磁場配位であるヘリカル軸ヘリオトロン配位の最適化を目 標に、平成12年度よりプラズマ実験を開始しました。世界的にもユニークで、かつ新しいパラメータ領域のプラズマ閉じ込め特性の理解に貢献しています。磁 気軸の立体化によって、良好な閉じ込め特性と磁気井戸によるMHD安定化を効率的に両立させ、無電流プラズマの閉じ込め性能を格段に向上できると期待しています。

ヘリオトロンJ

ヘリオトロンJ_Schematic

ヘリオトロンJは、コイル極数=1、ピッチ数=4の一本のヘリカルコイルと、2種類、各8本のトロイダルコイル、および3対のポロイダルコイルを用いて、大半径1.2 m のドーナツ状真空容器の内部に磁場強度が 1.5 Tの閉じ込め領域(約0.8 m3)を構築します。本コイル系により磁場スペクトラムの基本因子(トロイダル、ヘリカル、バンピー)に対する制御自由度が拡大し、磁場配位研究における新しいパラメータ領域の開拓とフレキシブルな実験が可能です。

本実験装置を用いて、複合・複雑系としての高温プラズマの基礎的挙動を解明すると同時に、プラズマ物性研究とプラズマ・固定相互作用研究を効果的に両立させ、核融合科学と炉工学の融合による核融合の基礎研究を推進します。

具体的な研究内容及び特別研究テーマについて

京都大学において独自に創案され、世界的にも先駆的な役割を果たしているヘリオトロン方式を発展させたプラズマ閉じ込め装置である「ヘリオトロンJ」をもちいて、プラズマ閉じ込め実験と理論解析を進めている。当研究グループでは、中性粒子入射加熱装置、高周波プラズマ加熱装置、レーザートムソン散乱計測装置 などの先進的測定装置を有しており、プラズマに関する高度な実験解析が行える。また理論及びシミュレーションの分野では、ベクトル計算機、ワークステー ション、パソコン等を多数設置し、優れた分散処理計算機環境のもとで活発な基礎研究が行われている。外国人研究者と接触できる機会が多い。

核融合を目的とした高温プラズマの挙動、特に閉じ込めに密接に係わる磁場を横切るプラズマ輸送の解明のために、より基礎に重点を置いた研究の必要性が高まっている。そこで本研究室では、高温プラズマの輸送と加熱の観点から、ヘリカル系プラズマの(1)磁気面トポロジー、(2)粒子運動論および磁気流体的 (MHD)特性、(3)高エネルギー粒子のエネルギー緩和過程における閉じ込め、(4)中性粒子ビーム(NBI)加熱や電子サイクロトロン加熱(ECH) およびイオンサイクロトロン加熱(ICRF)などの実験的研究、(5)理論および計算機シミュレーション研究ならびに(6)加熱・計測装置の周辺機器の開 発設計を行っている。

具体的なテーマは以下のとおりである。

1.ヘリオトロンJ装置における改善閉じ込めの実験解析

2.ヘリオトロンJ装置のNBI加熱およびICRF加熱の実験解析

3.プラズマ輸送と加熱のシミュレーションのための新しいモンテカルロ計算スキームの開発

4.非軸対称トーラスにおける荷電粒子軌道の断熱不変量を用いた理論解析(ハミルトン力学の応用)

5.磁力線のカオスや統計的性質の制御に基づいたステラレータ磁場の高性能化に関する研究

テーマ毎に研究チームを組み、各自の個性が伸ばせるように適切な研究指導を心掛けている。毎月、定期的にゼミを開き、関連分野の教員および大学院生も交えて、各研究テーマについて、多角的な議論を展開している。

教員

岡田 浩之 ( Hiroyuki OKADA )

准教授(エネルギー理工学研究所)

研究テーマ

連絡先

山本 聡 ( Satoshi YAMAMOTO )

助教(エネルギー理工学研究所)

研究テーマ

連絡先