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| らせん対称実験 | |
|---|---|
 | |
| デバイスタイプ | ステラレーター |
| 位置 | マディソン、ウィスコンシン州、米国 |
| 所属 | ウィスコンシン大学マディソン校 |
| 技術仕様 | |
| 主半径 | 1.2 m (3 フィート 11 インチ) |
| マイナー半径 | 0.15 m (5.9 インチ) |
| 血漿量 | 0.44 立方メートル |
| 磁場 | 1.25 T（12,500 G） |
| 火力 | 100kW （ ECH） |
| 放電期間 | 0.2 秒（パルス） |
| プラズマ電流 | 13.4kA |
| プラズマ温度 | 2000～2500 eV（電子温度） |
| 歴史 | |
| 運営年数 | 1999年～現在 |
| リンク | |
| その他のリンク | HSXデバイスパラメータ |
ヘリカル対称実験（HSX、略称：Helically Symmetric eXperiment）は、ウィスコンシン大学マディソン校の実験用プラズマ閉じ込め装置であり、その設計原理は核融合炉に組み込むことを意図している。HSXはモジュール式コイルステラレータであり、プラズマを閉じ込める目的で磁場を生成する外部電磁石を備えたトロイド形の圧力容器である。1999年に運用を開始した。 [1]
背景
ステラレータは、外部の磁気コイルを使用して高温プラズマを閉じ込めるために必要なすべての磁場を生成する磁気閉じ込め核融合装置です。対照的に、トカマクと逆転磁場ピンチでは、磁場は外部磁石とプラズマを流れる電流の相互作用によって生成されます。この外部駆動の大きなプラズマ電流がないため、ステラレータは定常核融合発電所に適しています。
しかし、磁場の非軸対称性のため、旧式ステラレータは磁力線のトロイダル変調とヘリカル変調の組み合わせを有し、核融合関連条件で閉じ込め容積からプラズマが大量に輸送されることになります。これは、 Wendelstein 7-Xで解決され、ITERで予想されるよりも優れた粒子閉じ込めを実現し、30分間のプラズマ持続時間を達成しています。旧式ステラレータのこの大量の輸送は、核融合炉としての性能を制限する可能性があります。
この問題は、磁場の配置を調整することで大幅に軽減できます。過去 20 年間のコンピューター モデリング機能の劇的な改善により、磁気配置を「最適化」してこの輸送を削減できるようになり、「準対称ステラレーター」と呼ばれる新しいクラスのステラレーターが誕生しました。コンピューター モデル化された奇妙な外観の電磁石は、必要な磁場構成を直接生成します。これらのデバイスは、トカマクの優れた閉じ込め特性と従来のステラレーターの定常状態の性質を兼ね備えています。ウィスコンシン大学マディソン校のヘリカル対称実験 (HSX) は、このような準ヘリカル対称ステラレーター (ヘリカル対称軸) です。
デバイス
HSX の磁場は、4 つの磁場周期に配置された 48 個のねじれたコイルのセットによって生成されます。HSX は通常、プラズマ柱の中心で 1 テスラの磁場で動作します。補助コイルのセットは、比較のために意図的に対称性を破り、従来のステラレータの特性を模倣するために使用されます。
HSX 真空容器はステンレス鋼で作られており、磁気形状に沿うように螺旋状に形作られています。
プラズマの形成と加熱は、28GHz、100kW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。熱パルス変調研究を行うために、2台目の100kWジャイロトロンが最近HSXに設置されました。[2]
オペレーション
プラズマの温度は3キロ電子ボルト、密度は8 × 10密度が12 /ccの粒子は、さまざまな実験で日常的に形成されます。 [要出典]
実験により、エッジ磁気島が粒子の燃料供給と排気に影響を与えることがわかっています。HSXでは、プラズマエッジに磁気島列が存在すると、プラズマの供給と排気の比率は増加しますが、燃料供給効率は25％低下します。島を半径方向に内側に移動すると、有効粒子閉じ込め時間と全体的な粒子閉じ込め時間の両方が短縮されます。このプロセスは、プラズマの燃料供給とヘリウムの排気時間を制御するのに効果的です。[3]
サブシステム、診断
HSX には、プラズマと磁場の特性を測定するための大規模な診断機能が備わっています。以下に、主要な診断機能とサブシステムの一覧を示します。
目標と主な成果
HSX は、従来のステラレータの概念を大幅に改善した準対称ステラレータの物理学に根本的な貢献を果たしており、今後も貢献し続けます。[要出典]これらには以下が含まれます。
- 準対称方向への大きなイオンの流れの測定
- 準対称方向の流れの減衰が減少
- フラックス表面からの通過粒子の偏差の低減
- 直接損失軌道の減少
- 新古典派輸送の縮小
- 高い有効変換による平衡並列電流の減少
進行中の実験
HSX では、学生、スタッフ、教員によって多数の実験および計算研究が行われています。その一部は、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。現在行われている主要な研究プロジェクトは以下のとおりです。
- 準対称性がプラズマ流に与える影響
- 不純物輸送
- 高周波加熱
- 超音速プラズマ燃料供給と中性人口
- 熱輸送を研究するための熱パルス伝播実験
- HSX における乱流と流れの相互作用と、準対称性が放射状電場の決定に与える影響
- プラズマ密度、圧力、電流プロファイルの平衡再構成
- 粘性と対称性が流れと放射状電場の決定に与える影響
- ダイバータ流、粒子エッジフラックス
- ラジアル電界がブートストラップ電流に与える影響
- 準対称性が高速イオン閉じ込めに与える影響
参考文献
- ^ ロブナー、ピート（2017年8月30日）。「ヘリカル対称実験 | サンディエゴのリンチアングループ」 。 2020年6月20日閲覧。
- ^ 「HSXデバイスパラメータ」。HSX - Helically Symmetric eXperiment 。2020年6月20日閲覧。
- ^ Stephey, L.; Bader, A.; Effenberg, F.; Schmitz, O.; Wurden, GA; et al. (2018). 「HSX および W7-X ステラレータにおけるプラズマエッジの磁気島による粒子燃料供給と排気への影響」. Physics of Plasmas . 25 (6). Bibcode :2018PhPl...25f2501S. doi :10.1063/1.5026324. hdl : 21.11116/0000-0001-6AE2-9 . S2CID 125652747.
追加リソース
外部リンク
- 公式サイト
- HSXにおける準対称性の実験的テスト。タルマージスライド4はトカマクと比較している。