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平成25年4月1日 イオンの世界の「適材適所」 −プラズマ周辺部での不純物分光計測−
大型ヘリカル装置(LHD)では、水素ガスをプラズマ化して、壁に触らないように、磁力線で作ったドーナツ型の「かご」の中に閉じ込めています。プラズマはイオンと電子がバラバラになった状態ですが、水素イオン以外にも、炭素や酸素、金属などのいろいろなイオンが不純物として存在しています。では、これらの不純物はプラズマの性能にどのような影響を及ぼすのでしょうか? 今回は、不純物イオンが放出する「光」を計測することにより、不純物の振る舞いを調べる研究について紹介します。 不純物イオンは、プラズマからエネルギーを吸収して、そ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うことがあります。そのため、磁力線の「かご」の内部でプラズマの温度を高く保つためには、不純物は少ない方がよいといえます。ところが、「かご」の外側に目を向けてみると、不純物の役割が変わってきます。磁力線が幾重にも重なることによりプラズマを閉じ込める「かご」ができていますが、その表面の近くにある磁力線の一部は、プラズマを閉じ込めている領域より外側の遠く離れた地点まで伸びていて、その先に置かれた受熱板に到達します。この磁力線に沿って、温度は比較的低いのですが、受熱板には「かご」から漏れ出たプラズマが流れてくるため、受熱板の過度な温度上昇を抑える必要があります。このとき、受熱板の前面に不純物イオンが適量存在すると、流れてきたプラズマのエネルギーを吸収して光として放出してくれます。その結果、受熱板に流れ込むエネルギーが低くなり、受熱板の温度上昇が抑えられます。「かご」の中では邪魔者だった不純物が、「かご」の外では受熱板を守ってくれるのです。 以上 |