LHD

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Q&A <2010年>

Qヘリカル型の実験装置について
インターネットでヘリカル型の実験装置について調べてみたところ、以下のようなコイルの組合せがありました。

ヘリオトロンE:トロイダルコイル+ヘリカルコイル
ヘリオトロンJ:トロイダルコイル+ポロダイルコイル+ヘリカルコイル
LHD:ポロダイルコイル+ヘリカルコイル

ヘリカル型ではトカマク型(トロイダルコイル、ポロイダルコイル、中心ソレノドコイルの組合せ)と違ってコイルの組合せに決まりなどはないのでしょうか? また、ヘリカル型でのそれぞれのコイルの組合せでの装置の特徴等、教えてください(参考になるHP等)。

ご質問ありがとうございました。ご指摘の通り、ヘリカル型ではコイルの組み合わせに決まりはありません。トカマク型もヘリカル型もドーナツの形をした磁場によってプラズマを閉じ込めるところは同じです。すでにご存知のことと思いますが、この磁場をヘリカル型ではコイルだけで作ります。それに対してトカマク型では、コイルによる磁場に加えて、閉じ込められたプラズマ自身に流れる電流によってできる磁場も利用しています。
 プラズマの電流に頼らないヘリカル型では、プラズマを閉じ込める磁場はコイ ルの形を変えることによって、様々に柔軟に変化させることが可能です。このうち1対の連続したらせん(ヘリカル)のコイルを用いたヘリオトロン方式は約50年前に日本で発明された方式で、お調べになったヘリオトロンEを経て、LHDにつながっています。ヘリオトロン方式ではこの1対のヘリカルコイルが本質であり、トロイダルコイル やポロイダルコイルは磁場の形を変えて物理的な研究をするために付け加えられたものと考えていただければよいと思います。(ちなみにヘリオトロンEでもポロイダルコイルは使われています。)
 ヘリオトロン方式の特長は、連続したヘリカルコイルの間から磁力線を引き出し、 核融合反応の灰であるヘリウムや燃料となる水素以外の不純物を取り出すための排気装置(ダイバータと言います)を組み込むことが容易なことです。ヘリカル型にはこの他に、数十個のねじれたコイルを用いるモジュール方式や、トロイダルコイルのような平面のコイルをらせん状に並べたヘリアック方式などの研究が進められています。特にモジュール方式ではドイツでLHDと同規模のベンデルシュタイン7-Xという装置が建設されており、2015年から実験を開始する予定です。この方式は理論的にプラズマの閉じ込めを最適化したものですが、複雑な形状のコイルの製作・組立やダイ バータの設置などに工学的な課題があります。
 モジュール式については、いずれもドイツ語ですが、以下のHP
http://www.ipp.mpg.de/ippcms/eng/for/projekte/w7x/device/index.html
あるいは
http://www.youtube.com/watch?v=pb5ZbGlYVeU
に動画があります。また、ヘリアック方式は、東北大学で小型装置による実験が行われています。
http://tsubaki.qse.tohoku.ac.jp/study/heliac/index.html
これらもご参照ください。
2010年6月4日

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