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Q&A <2013年>

Q大型ヘリカル装置内から不純物をどのようにして取り除くのですか? 電子はどのようにして取り除くのですか? 方法は、加速器と同じですか?

 不純物はプラズマのエネルギーを光として放出するため、プラズマの温度を下げてしまいます。そのため、まず重要なことはプラズマ中に不純物が入らないようにすることです。そこで大型ヘリカル装置では、プラズマを生成する真空容器の中をきれいにして、真空ポンプで装置の中の空気を排出し、宇宙空間と同じぐらいの超高真空状態にしています。これは、国際宇宙ステーションの軌道上の真空度よりも100倍ぐらい良い真空度で、窒素や酸素などの不純物を取り除きます。さらに、真空容器の内壁に付着している水や炭化水素などの不純物を取り除くために、ベーキングという、壁を温めて壁の表面や中にある不純物を追い出すことを行います。また、放電洗浄という、温度の低いプラズマを壁に当てて、壁に付着している酸化物などの不純物を削り取ることなども行います。このようにして、不純物が非常に少ない環境を作ってプラズマを生成すると、プラズマ中に入る不純物を減らすことができます。
 一方、高温プラズマは磁場の力で宙に浮かして保持されているため、真空容器の壁に直接は触っていませんが、外側のプラズマの一部は壁と相互作用することから、炭素や酸素、金属などの不純物がプラズマ中に入り込むことがあります。プラズマ中の不純物をどのようにして取り出すのか、これは簡単な問題ではありません。というのは、高温のプラズマ中にピンセットやチューブを突っ込んで,不純物だけをつまみ出したり吸い出したりすることができないからです。プラズマ中の不純物の振る舞いは、プラズマの性質そのものに依存するため、今まさに研究しているところです。上述したように、プラズマを生成する環境やプラズマの周囲は制御することができるので、プラズマ中の不純物を減らすのに有効な方法は、プラズマ中に不純物が入らないようにすることです。
 なお、プラズマとはガスが電離して、プラスの電気を持つ原子核(イオン)とマイナスの電気を持つ電子が別れて動き回っている状態です。蛍光灯は中がプラズマ状態になって光っていますし、太陽もプラズマ状態になっています。プラズマはイオンと電子の両方が混ざった状態で存在して、全体としては電気的な中性が保たれているため、電子のみを取り除くことは通常できません。電界をかけてプラズマからイオンや電子を引き出し、加速器へ入射させることはできますが、その際、プラズマには引き出された量に相当するイオンや電子が補給されるため、プラズマの電気的な中性が損なわれることはありません。
2013年5月17日

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