QSE

エネルギー物理工学講座
核融合プラズマ計測学分野 (飛田・大石・高橋(宏) 研究室)

研究の最前線から
独自に開発した模擬実験装置DT-ALPHAを用いて
ダイバータ領域に誘導されたプラズマ熱流束や粒子束などの性質を研究

ダイバータ領域で発生するさまざまな現象の解明をめざす

 軽い核同士がぶつかりあって重い原子核になるとき、わずかに質量を失う代わりにとても大きなエネルギーを発生させる核融合。それを、エネルギーとして利用しようというのが核融合炉です。ところが、原子核はプラスの電荷を帯びているため、互いに反発しあって結合しません。そのため、1億度もの高温で高密度のプラズマ状態にして核融合を起こさせる必要があります。ただし、地球上には1億度に耐えうる物質はないことから、強力な磁場のカゴをつくり、その中にプラズマを閉じ込めて反応させます。これが核融合炉の基本原理です。

 磁場のカゴの最も外側と炉壁が接触していると、金属製の炉壁の原子が削り取られプラズマ内に混入してしまいます。金属原子はプラズマの温度を下げる効果が強いことが知られています。

 そこで磁場のカゴの最も外側と炉壁が接触しないように設けられているのが、ダイバータという機器です。飛田研究室では、ダイバータ領域で発生するさまざまな現象を解明するための研究を行っています。

研究の最前線から

核融合炉ダイバータシミュレーション実験装置 (DT-ALPHA)

研究の最前線から

DT-ALPHAから噴出するプラズマ

核融合炉のダイバータシミュレーション実験

 ダイバータ板は、プラズマから誘導される非常に高い熱流束や粒子束にさらされます。そのため、過酷な環境下に耐えうるダイバータ板の素材開発はもとより、プラズマの熱流束や粒子束をどうやって減衰させるかが目下の課題。それを解決するため、まずダイバータ付近に誘導されたプラズマがどのような性質を持っているかを探る必要があります。

 本研究室では、高エネルギー粒子を含むプラズマ流を模擬的に作り出すため、直線型高密度プラズマ源とイオンビーム照射装置を組み合わせた小型の実験装置「DT-ALPHA」を独自に開発しました。そして、プラズマや粒子のエネルギーを光エネルギーに変換して減衰させる方法に着目し、DT-ALPHAの実験で得られたデータをもとに、現在研究を進めています。

 本研究室で取り組んでいるテーマは、21世紀後半までに実用化されるであろう核融合発電所に対する技術貢献を視野においているばかりでなく、核融合技術の平和利用全般に関わる基礎的な物理学の確立をもめざしています。

研究の最前線から

核融合炉内の仕組み(概念図)

研究の最前線から

建設中のトカマク型国際熱核融合実験炉(ITER)

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