コンパクトトロイダルハイブリッド

コンパクトトロイダルハイブリッド

デバイスタイプ	ステラレーター
位置	アラバマ州、アメリカ合衆国
所属	オーバーン大学
技術仕様
主半径	0.75 m (2 フィート 6 インチ)
マイナー半径	0.29 m (11 インチ)
血漿量	0.6m3 ​​
磁場	0.4～0.7 T（4,000～7,000 G）
火力	10kW  （ ECH） 100kW  （オーム）
歴史
運営年数	2005年～現在
先行	コンパクトオーバーントルサトロン

コンパクト・トロイダル・ハイブリッド（CTH）^[1]は、磁場を使用して高温プラズマを閉じ込めるオーバーン大学の実験装置です。^{[2] [3]} CTHは、プラズマを閉じ込めるための磁場の大部分を生成する外部の連続的に巻かれたらせんコイルを備えた トルサトロン型のステラレータです。

トロイダル磁気閉じ込め核融合装置は、トーラス状の磁場を生成します。これらの磁場は 2 つの要素で構成され、1 つの要素はトーラスの長い周りを回る方向 (トロイダル方向) を指し、もう 1 つの要素はトーラスの短い周りを回る方向 (ポロイダル方向) を指します。2 つの要素の組み合わせにより、らせん状の磁場が生成されます (柔軟なキャンディケインを 2 つの端でつないだ状態を想像してください)。 ステラレータタイプの装置は、外部の磁気コイルを使用して必要なすべての磁場を生成します。これは、トロイダル磁場が外部コイルによって生成され、ポロイダル磁場がプラズマを流れる 電流によって生成されるトカマク装置とは異なります。

CTH の主磁場は、連続的に巻かれた螺旋コイルによって生成されます。10 個の補助コイルのセットは、トカマクによく似たトロイダル磁場を生成します。このトロイダル磁場は、閉じ込め磁場構造の回転変換を変えるために使用されます。CTH は通常、プラズマの中心で 0.5 ～ 0.6 テスラの磁場で動作します。CTH は純粋なステラレータとして動作できますが、プラズマ内で電流を駆動するためのオーム加熱変圧器システムも備えています。この電流はポロイダル磁場を生成し、プラズマを加熱するだけでなく、磁場の回転変換を変えます。CTH の研究者は、回転変換のソースを外部コイルからプラズマ電流に変化させながら、プラズマがどれだけ閉じ込められているかを研究しています。

CTH 真空容器は、ステンレス鋼よりも電気抵抗が高く、透磁率が低いインコネル 625で作られています。プラズマの形成と加熱は、14 GHz、10 kW の電子サイクロトロン共鳴加熱 (ECRH) を使用して行われます。最近、CTH に 200 kW のジャイロトロンが設置されました。CTH のオーム加熱の入力電力は 100 kW です。

• プラズマの電子温度は通常200電子ボルトまでで、 電子密度は5 × 10^{19m −3}。 ​
• プラズマは60ミリ秒から100ミリ秒持続する
• 磁気コイルに電力を供給するのに十分なエネルギーを蓄えるには6分から7分かかります。

以下に、CTH 操作に必要なサブシステムのリストを示します。

CTH には、プラズマと磁場の特性を測定するためのさまざまな診断装置が備わっています。以下に、主要な診断装置の一覧を示します。

V3FIT ^{[5] は、}磁場が本質的にトロイダルであるが、トカマク平衡の場合のように軸対称ではない場合に、プラズマと閉じ込め磁場の平衡を再構築するためのコードです。ステラレータは非軸対称であるため、CTHグループは平衡の再構築にV3FITおよびVMEC ^[6]コードを使用します。V3FITコードは、磁気閉じ込めコイルの電流、プラズマ電流、およびロゴスキーコイル、SXRカメラ、干渉計などのさまざまな診断からのデータを入力として使用します。V3FITコードの出力には、磁場の構造、プラズマ電流、密度、SXR放射率のプロファイルが含まれます。 CTH 実験のデータは、V3FIT コードのテストベッドとして使用され続けており、このコードは、ヘリカル対称実験(HSX)、大型ヘリカル装置(LHD)、ウェンデルシュタイン 7-X (W7-X) ステラレータ、および逆転磁場実験(RFX) とマディソン対称トーラス(MST)逆転磁場ピンチの平衡再構築にも使用されています。

CTHは、電流を流すステラレータの物理学に基礎的な貢献をしてきました。^{[7] [8] [9]} CTHの研究者は、外部から加えられた回転変換（外部磁気コイルによる）の関数として、以下の破壊限界と特性を研究してきました。

• 低安全係数（低q）トカマク型破壊回避^[10]
• 垂直変位事象（VDE）^[11]

CTH の学生とスタッフは、数多くの実験および計算研究プロジェクトに取り組んでいます。これらのプロジェクトの一部は社内でのみ行われていますが、その他は米国および海外の他の大学や国立研究所と共同で行われています。現在の研究プロジェクトには次のものがあります。

• 真空回転変換の関数としての密度極限の研究
• DIII-Dグループによる分光技術を用いたタングステンの浸食の測定
• CTHとW-7Xステラレータのコヒーレンスイメージングシステムによるプラズマ流の測定
• W-7Xステラレータにおける重イオン輸送研究
• 完全電離プラズマと中性優位プラズマ間の遷移領域の研究
• 干渉計システムの第4チャネルの実装
• ジャイロトロンによる第2高調波電子サイクロトロン共鳴加熱

オーバーン・トルサトロン

デバイスタイプ	ステラレーター
位置	アラバマ州、アメリカ合衆国
所属	オーバーン大学
技術仕様
主半径	0.58 m (1 フィート 11 インチ)
マイナー半径	0.14 m (5.5 インチ)
磁場	< 0.2 T (2,000 G)
歴史
運営年数	1983–1990
後継者	コンパクトオーバーントルサトロン

コンパクトオーバーントルサトロン

デバイスタイプ	ステラレーター
位置	アラバマ州、アメリカ合衆国
所属	オーバーン大学
技術仕様
主半径	0.53 m (1 フィート 9 インチ)
マイナー半径	0.11 m (4.3 インチ)
血漿量	0.12 立方メートル
磁場	0.1 T（1,000 G）
歴史
運営年数	1990–2000
先行	オーバーン・トルサトロン
後継者	コンパクトトロイダルハイブリッド

CTH はオーバーン大学で構築される 3 番目のトルサトロン装置です。同大学でこれまでに構築された磁気閉じ込め装置は次のとおりです。

オーバーン・トルサトロンは、l=2、m=10の螺旋コイルを備えていた。真空容器の主半径はR _o = 0.58 m、副半径はa _v =0.14 mであった。磁場強度は|B| ≤ 0.2 Tで、プラズマは電子レンジから取り出した2.45 GHzマグネトロンを使用してECRHで形成された。オーバーン・トルサトロンは、基本的なプラズマ物理と診断、および磁気表面マッピング技術の研究に使用された^{[12] [13]}

コンパクトオーバーントルサトロン（CAT）には、l=1、m=5とl=2、m=5の2つのらせんコイルがあり、その電流は独立して制御可能でした。^[14] らせんコイル間の相対電流を変化させることで、回転変換が変更されました。真空容器の主半径はR _o = 0.53 mで、プラズマの副半径はa _{v =0.11 mでした。定常磁場強度は|B| 0.1 Tでした。CATプラズマは、低リップル、6 kW、2.45 GHzマグネトロンソースを使用してECRHで形成されました。CATは、磁気島}^[15]、磁気島の最小化^[16]、および駆動プラズマ回転^[17]の研究に使用されました。

以下は、米国および世界各地にあるその他のステラレーターのリストです。

• ウェンデルシュタイン 7-X（ドイツ、グライフスヴァルト）
• 日本の大型ヘリカル装置（LDH）
• 国立コンパクトステラレータ実験(NCSX) -プリンストンプラズマ物理研究所( PPPL )で設計され、部分的に構築された装置
• ウィスコンシン大学マディソン校における螺旋対称実験
• イリノイ大学のハイブリッドイリノイ研究応用装置（HIDRA ）実験
• ニューヨークのコロンビア大学にあるコロンビア非中性トーラス（CNT ）
• 日本のヘリオトロンJ実験
• スペインのTJ -II
• コスタリカのステラレーター ( SCR-1 )
• ウクライナのウラガン2M

• CTH ウェブサイト 2019-08-13 にWayback Machineでアーカイブ
• 物理学科
• オーバーン大学