2022年03月30日 (12:23)

乱流と熱負荷の制御に新たな可能性【核融合科学研究所】

核融合科学研究所(土岐市)の小林政弘准教授・
田中謙治教授・居田克巳教授らの研究グループは、
同所の大型ヘリカル装置(LHD)で、
プラズマ実験を実施。
高温のプラズマを閉じ込めている磁場に、
「揺らぎ」を発生させると、
①プラズマ中の乱流が伝播(でんぱ)する。
②装置の内壁の熱負荷が大幅に減る。
ことを発見したと、発表した。
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核融合発電を実現するには、
プラズマを磁場の籠(かご)で閉じ込め、
そのプラズマの中心温度を、
1億度以上に保つことが必要。
ただし、課題として、
①プラズマの外側は、
温度と密度の勾配(こうばい)が大きく、
渦を伴った流れ「乱流」が発生しやすい。
②プラズマから流れ出てくる熱が集中するため、
熱を受け止める「ダイバータ板」
(受熱板)の一部に、非常に大きな負荷がかかる。
ことなどが挙がっていた。
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小林政弘准教授らの研究グループは、
乱流がとどまっている場所に、
磁場の揺らぎを発生させる実験を行った。
実験の結果、磁場を揺らすと、
乱流がプラズマの外へ向かって、
広がっていくことが分かった。
また、プラズマから受熱板へ向かう熱の流れが、
この乱流に乗り、散らばっていくことも発見した。
熱の流れが広く分散したことで、
磁場の揺らぎが存在しない場合に比べ、
熱負荷の最大値が、4分の1程度にまで減った。
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小林政弘准教授らは、
「将来の核融合発電装置では、現在の装置よりも、
さらに高温・高密度のプラズマを、
閉じ込めなければならない。
磁場を揺らすことで、受熱板への熱負荷は減ったが、
一方で、プラズマの中心部分における、
高温・高密度の状態は、維持できている。
乱流の伝播過程の解明には、さらに研究が必要だが、
乱流と熱負荷の制御に、新たな可能性を、
示すことができた」と語った。
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【補足説明】
ここで言う「揺らぎ」とは、
磁場がプラズマを閉じ込める力と、
プラズマが押し返す力(圧力)とのバランスで、
発生する現象のこと。
プラズマの圧力の方が大きくなると、
磁場の籠が揺れ出す。
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