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交易诚信度19
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交易诚信度19
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核融合科学研究所では、将来の核融合発電炉のマグネットに適用可能な高温超伝導導体の開発研究を進めており、この度、世界最高記録となる６万アンペアを達成しました（これまでの最高は核融合科学研究所で以前に出した１万５千アンペアです）。導体には日本で開発された先進のイットリウム系薄膜高温超伝導線材を用いています。テープ形状の線材を単純かつ強固に重ねて大型導体を構成する新発想を実証し、安定な通電を行いました。また、導体の一部に適用されている分割型超伝導マグネット接合技術は、東北大学大学院・量子エネルギー工学専攻で開発研究され、核融合科学研究所との共同研究により実証された新しい技術です。
図３−1 大型高温超伝導導体サンプル（左）と核融合科学研究所・超伝導マグネット研究棟の９テスラ大型導体試験設備へのサンプル装着の様子（右）
【解説 １】
将来の核融合発電炉では、その炉心は、密度１００兆個/cc以上の密度でイオン温度と電子温度が１億２,０００万度を越える超高温のプラズマ状態にあります。この密度は大気の２０万分の１程度であることから分かるように、非常に希薄なガス状態でもあります。
このような超高温までにプラズマを加熱するために高速の原子のビームや、プラズマ中のイオンあるいは電子と共鳴する電磁波を用います。これらの手法は、それぞれイオンを加熱するのが得意なものと、電子を加熱することが得意なものに分かれます。ＬＨＤでは複数の加熱手法を用いて、イオン温度と電子温度がそれぞれ１億２,０００万度のプラズマを密度２０兆個/ccで実現することを最終目標としています。ＬＨＤの装置規模において、この最終目標を達成することが、将来の核融合発電炉の炉心プラズマを見通すことにつながります。
ＬＨＤでは第１５サイクルプラズマ実験で、ＦＭ周波数帯の電磁波(電波)を用いてヘリウムのプラズマを点けると壁に吸着されていた水素がはき出され（壁が洗浄され）、その後に水素でプラズマを点けるとプラズマ周辺部の密度が下がり、高速の原子ビームがプラズマ中心を加熱する効果が上がって高いイオン温度の達成に大きな貢献をすることが分かりました、第１６サイクルプラズマ実験では、この条件をさらに調査、改善することによって、イオン温度を５００万度更新する８，５００万度まで上昇させることに成功しました（図１−１）。このイオン温度の上昇自体は大きなものではありませんが、運転手法の確立により、このような高いイオン温度の状態を再現性良く、より確実に得られるようになりました。具体的には、イオン温度８０００万度以上を達成したプラズマの放電回数は昨年度の４倍となり、実験の効率を大きく向上させることができました。その結果、実験データを充実させることができ、より詳細、精密な物理の議論が進められるようになりました。
電子の加熱には磁場中での電子の回転運動に共鳴するマイクロ波が有効です。回転運動と同じあるいは倍数の周波数を持った電磁波が同期することによって電磁波からエネルギーをもらい電子の温度が上がります。ところが、プラズマの密度が上がると、電磁波がプラズマ中を伝わりにくくなり、ある密度（遮蔽密度）以上では全く伝わりません。高い密度のプラズマを加熱するためには高い周波数の電磁波が必要となります。第１６サイクルプラズマ実験では、これまで使用してきた７７ＧＨｚ（ギガヘルツ）に加えて、筑波大学との協力により新たに研究開発した２倍の周波数（１５４ＧＨｚ）のマイクロ波を発生させることができるジャイロトロンと呼ばれる発信管が稼働し始めました。図１−２に電子の温度と密度でみた達成領域の拡大を示します。今年度のデータを赤丸で示しており、新しい領域が拓かれたことが分かります。また、図１−３に７７ＧＨｚと１５４ＧＨｚの電磁波を用いた加熱実験の結果を横軸プラズマの密度、縦軸を加熱効率として示します。１５４ＧＨｚでは７７ＧＨｚの2倍近い１４０兆個/ccのプラズマまで加熱できました。この新しいジャイロトロンにより、これまで１０兆個/ccでの密度では1億度であった電子温度を、同じ密度で１億５,０００万度まで上昇させることができるようになりました（図１−４）。
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楼主: 南昌雪军
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狗仔卡
发表于 2018-3-4 00:07
