NIFSNEWSISSN 1884-1600

No.244

核融合科学研究所オープンキャンパス 2018 を開催

2 0 18 O C T/ N O V>>>

特集 ・・・・ 2ー4

第20サイクルのプラズマ実験開始にあたって

森﨑友宏

核融合科学研究所オープンキャンパス2018「体感！体験！プラズマエネルギー」

高畑一也

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研 究 最 前 線 ・・・・ 5ー6電子の集団運動から電磁波の発生、そしてプラズマの電子を加熱する―大電力ミリ波発振管ジャイロトロンによるプラズマの加熱―
下妻 隆

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大学共同利用機関法人

自然科学研究機構

核融合科学研究所会 議 報 告 ・・・・ 7

第30回核融合技術シンポジウム（SOFT2018）>>>ト ピ ッ ク ス ・・・・ 8

平成30年度防災訓練を実施
黄 中国科学技術部副部長が核融合科学研究所を表敬訪問

小林 真

特集

第20サイクルのプラズマ実験開始にあたって

森 﨑 友 宏10月23日、平成最後となる大型ヘリカル装置

重水素実験で高いイオン温度が達成された要因の（LHD）の「第20サイクルのプラズマ実験」が始一つとして、重水素プラズマの方が、軽水素プラまりました。
「サイクル」とは、数か月間連続しズマより熱が伝わりにくい（従ってプラズマが冷てプラズマ実験を行う期間のことで、今回は、平えにくい）性質を持っているということが前回の成10年の実験開始から数えて、20回目の実験期実験で明らかになりました。しかし、その理由は間ということになります。この間LHDは、数々の分かっていません。これは「同位体効果」と呼ば世界記録を樹立するとともに、プラズマ物理学上れており、核融合研究における最大の謎の一つと極めて重要な発見等、多くの成果を上げてきましされています。今回の実験では、この同位体効果た。そして前回の第19サイクル実験からは、重水のメカニズムの解明や、プラズマを加熱する役割素※ を用いてプラズマの更なる高性能化を目指すを担う高エネルギー粒子の閉じ込めに関する研究「重水素実験」に移行しました。ヘリカル装置に等にも取り組みます。

おける本格的な重水素実験はLHDが初めてとなる

第20サイクルの実験期間は、10月23日から来ことから、世界中の核融合研究者が注目していま年2月21日までを予定しています。その後、極低す。実はこの原稿を、私は出張先のインド・アー温（マイナス269℃）の超伝導コイルを室温に戻メダバード市で書いています。というのも初めてす操作が続きますので、装置が完全に停止するのの重水素実験の結果を、同地で開催中の核融合研は3月中旬頃となります。

究に関する世界最大の国際会議「IAEA核融合エネ

毎日の実験予定や1週間ごとの実験結果をまとルギー会議」で発表するためです。研究所からはめた「週間レポート」、実験関係のホットな話題

私のほかに35名が出席しており、1週間にわたっ等はホームページの「LHD実験情報」に掲載してて世界中から集まった約800名の研究者の間で活いく予定です。また見学もこれまでどおり受け付発な議論が交わされています。LHDからの発表はけています。実験中は本体室には入室できません

どれも高い関心と評価を得ており、今後の重水素が制御室の見学は可能です。是非、実験を行って実験の展開に期待する声が数多く聴かれました。

いる“現場”をご覧いただきたいと思っています。

第20サイクルのプラズマ実験でも重水素を用い今後ともご支援、ご協力の程よろしくお願い申した実験を継続します。プラズマ性能の更なる高性上げます。

能化を目指すとともに、IAEA会議における議論の内容もフィードバックさせつつ、より学術的な研究も深化させます。前サイクルでは、ガスを軽水
素※※から重水素に切り替えた数ヶ月後に、イオン温度が核融合条件の一つである1億2,000万度を（大型ヘリカル装置計画研究総主幹／

高密度プラズマ物理研究系 教授）※

重水素：通常の水素の２倍の質量を持つ水素。
化学的性質は通常の水素と同じ。
※※ 軽水素：通常の水素達成しました。この時の電子温度は4,000万度程度に留まっていましたが、今回の実験では、電子温度も上げてイオン温度に近い値を持つプラズマの生成を目指します。イオンと電子から成るプラズマは、一つの物質でありながらこのように二つの温度を持つことがしばしばあります。ところが、将来の核融合炉内のプラズマは、イオン温度と電子温度がほぼ同じ値になると考えられています。
超高温の核融合プラズマがどのような振る舞いをするのか、この問いに答えるためには、電子もできるだけ高い温度にする必要があります。一方、

2第20サイクルのプラズマ実験の様子

特集

核融合科学研究所オープンキャンパス2018「体感！体験！プラズマエネルギー」

高 畑 一 也

9月8日に、毎年恒例の秋のイベント、オープンキャンパス（一般公開）を開催しました。今回で21回目となったオープンキャンパスは、「体感！
体験！プラズマエネルギー」のテーマのとおり、楽しんで科学に触れることができる体験型イベントです。職員がアイデアを出し合って、自ら製作した科学実験などを企画するため、通常の科学館では見られない展示をご覧いただけます。また恒例となっているペットボトルロケット、セラミッ
ク折り紙、工作教室、マスコットキャラクターたちとの交流は、子どもたちに大人気です。もちろん、施設の一般公開として、ドラマの撮影にも使われた制御室、普段は見ることができないスーパ

マスコットキャラクターたちがお出迎え
手前から、うながっぱ、とっくりとっくん、プラズマくん、ヘリカちゃん、ミナモーコンピュータも間近にご覧いただけます。さらに大型ヘリカル装置（LHD）の内部を忠実に再現を募集しましたが、予想より多くの方にお申込みしたバーチャルリアリティは臨場感があり、今年をいただき抽選となりました。当選されなかったは600名近い方が体験されました。

皆さまも、是非来年のお申込みをお待ちしておりLHDの見学は、大型ヘリカル実験棟の本体室内ます。

等が管理区域に設定されているため、事前申込制

職員によるエネルギーや核融合に関する講演会となりました。申込制を始めた昨年より多い90名も、例年人気を集めている企画です。今回は、土他では見られないプラズマ展示「くるくるヘリカル」

子どもたちに大人気のペットボトルロケット

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屋隼人助教による「自然エネルギーと核融合のお話」、伊神弘恵准教授による「波動パワーで温めるプラズマ」の2部構成の講演会を開催しました。
どちらも70名近い方に聴講いただき、講演の後も、盛んに質問が出ていました。
オープンキャンパスでは、地元少年サッカーチームによる交流大会も同時開催しています。17回目となる今回の大会も白熱した試合が繰り広げられました。16チームの中から見事にNIFS杯を獲得したのは、多治見市の小泉少年サッカークラブでした。

スーパーコンピュータを間近で見ることができました。

当日は天候が心配されましたが、雨に見舞われることもなく、約1,500名の方にご来場いただきました。アンケートでは、「工作が楽しかった」「説明が分かりやすかった」「研究所が身近に感じられた」といった嬉しいご意見をいただきました。
皆さまからいただいたご意見を参考に、来年も更に内容の濃い、分かりやすい展示、公開を企画いたします。皆さまのお越しを心よりお待ちしています。
（装置工学・応用物理研究系 教授／

オープンキャンパス2018実行委員長）

こども工作教室。
今年は「ねこロボット」を作りました。

少年サッカー交流大会、開会式の様子

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研究最前線電子の集団運動から電磁波の発生、そしてプラズマの電子を加熱する―大電力ミリ波発振管ジャイロトロンによるプラズマの加熱―
下 妻隆

熱核融合反応により核融合炉を実現するために共振器(キャビティ)というものを利用します。形は、プラズマを数億度という超高温に加熱するこは違いますが、ちょうど音叉の下についている共とが要求されます。プラズマは、イオンと電子が鳴箱のような役割をするものです。周波数が、数バラバラになった状態のことですが、電子を電磁ギガヘルツから数百ギガヘルツ（電磁波の波長が波によって高温度まで加熱する手法の一つが「電数十センチメートルから数ミリメートル）で、大子サイクロトロン共鳴加熱」です。強力な磁場にきなパワーの電磁波を発生させる発振器には、こよって容器の中に閉じ込められたプラズマ中の電のような共振器と、電子ビームを発生する電子銃子の旋回運動に共鳴するような周波数の電磁波をとを持つ大型の真空管、例えばマグネトロン、ク入射し、電子を加熱します。ここでは、この加熱ライストロン、ジャイロトロンなどが用いられま法の特徴とそれに必要とされる技術、装置についす。よく知られたマグネトロンは家庭用の電子レて説明します。

ンジなどに、クライストロンはレーダーや通信、核融合科学研究所（NIFS）の大型ヘリカル装置加速器などに使われています。出力は数キロワッ（LHD）では、超伝導コイルによって発生した磁ト級のものから、十万キロワット級まで発生でき場により、プラズマを閉じ込めています。そのよるものもあります。

うな磁場中では、プラズマを構成している電荷をジャイロトロンは、さらに高い周波数百ギガヘ持ったイオンや電子は、磁力線に巻きつくようにルツ帯まで大きなパワー（千キロワット以上）が旋回運動をしています。特に電子については、お発生できる発振管として、ロシアとアメリカでよそ１秒間に770億回の円形の旋回運動をしてい1964-1965年頃に考案され、開発、改良が進めます。この旋回運動に共鳴するような電磁波、すられて今日に至っています。核融合プラズマでのなわち周波数が約77ギガヘルツ（ギガは10億）、電子加熱のためのパワー源として、一本のジャイまたはその２倍の154ギガヘルツの電磁波を入射

ロ ト ロ ン で1,000〜2,000キ ロ ワ ッ ト 出 力 で、すると、これによって電子が加速され、電子の運1,000秒くらいの準定常運転ができるものが開発

動エネルギーが増加し、さらにプラズマ中のイオされてきています。

ンとの衝突によってプラズマ全体が加熱されます。

NIFSで使われているジャイロトロン発振管の写

この現象は電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）

真とその概略構造を図１に示します。全長は約3と呼ばれ、核融合炉でのプラズマの加熱手法の一つとして有望視されています。さらに
ECRHでは、電子の加熱だけではなく、核融合装置において、プラズマを生成したり、電流を駆動したりすることもできます。
このような高い周波数で、大きなパワーを持った電磁波を発生させるにはどのようにすればよいでしょうか？

これは、上で述べた方法の逆の過程、すなわち電子の旋回運動から電磁波を発生させればよいのです。電子を集団的に加速させることで、強力な電磁波を得ることができます。これを実現するには、

図1. 核融合用の大電力ジャイロトロン管の構造と写真。Bは管軸上での磁場強度分布を、Vは各部の電位分布を示す。

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メートル、重さはおよそ0.8トンの巨大な真空管です。ジャイロトロンは、非常に強い磁場を発生ジャイロトロン

する超伝導磁石の中に挿入されています。高電圧（約８万ボルト）により電子銃から電子ビームが引き出され、らせん運動をしながら高速に加速されます。電子が得た運動エネルギーは、キャビテ
ィ（空洞共振器）で、一部がマイクロ波のエネルギーに変換されます。発生したマイクロ波は強度の分布をいくつかの集光鏡により成形され、最終的には、電波の損失が非常に少ない人工ダイヤモ
ンド製の真空窓を通して外に取り出されます。

超伝導磁石

NIFSでは、LHDでの強力な電子加熱とプラズマの制御を行うことを目的として、LHDの建設当初の1994年頃よりジャイロトロンの開発を開始しました。実験開始当初は、LHDの最大磁場強度3

図2. LHDの加熱実験用として設置されたジャイ
ロトロンシステム

テスラに共鳴する周波数に合わせて、84ギガヘルた加熱手法で、相互に加熱を強めあうことがあり、ツと168ギガヘルツの２種類の周波数のジャイロプラズマの加熱の相乗効果が期待できます。

トロンを開発し、使用していました。現状では、ジャイロトロン発振管は、非常に高い周波数帯加熱領域の自由度を上げるために少し周波数を下において高出力で長時間運転ができる唯一の発振げ、筑波大学との共同研究で周波数が77ギガヘル源です。また発振周波数もテラヘルツ帯（１兆ヘツ、154ギガヘルツの5台のジャイロトロンを設ルツ、波長0.3ミリメートル）まで広がっています。

計、製作し、LHDでのプラズマ実験に使用していその用途は、核融合分野にとどまらず、物性分野ます。初期プラズマの生成やプラズマの電子加熱、やバイオ・医療分野への応用、産業応用まで拡大

プラズマ中での電磁波による電流駆動などの実験しています。に使われています。ジャイロトロンと超伝導マグ

図3は、ジャイロトロンの応用分野の拡がりをネットの全体システムの写真を図２に示します。

示しています。核融合分野でのプラズマ加熱やプ77ギガヘルツのジャイロトロンでは、最大出力ラズマ計測への適用はもとより、産業分野では、1,800キロワットで１秒、300キロワットで40セラミックや金属の焼結、通信手段として、また分の連続運転に成功し、発振効率としても、入力

バイオや医療への適用など、その応用はますます電力の約40％を電磁波の出力として取り出すこと広がっています。に成功しています。これらのジャイロトロンを用（プラズマ加熱物理研究系 教授）

い て、 プ ラ ズ マ 中 心 で の 電 子 温 度 約1億5,700万度を、電子密度１0兆個/cm3で達成しています。
最近の動向としては、１本のジャイロトロン管で、超伝導磁石の磁場強度を変えることによって、強力なパワーでの発振が、複数の周波数で可能となるものが設計、開発されています。例えば、154ギガヘルツと116ギガヘルツの周波数を、磁場強度を変えることによって選択的に発振することができます。これを使うと、プラズマ実験において、高調波（基本共鳴周波数の2倍や3倍）を組み合わせ

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図3. ジャイロトロンの応用分野の拡大

会 議 報 告第30回核融合技術シンポジウム（SOFT2018）小 林真2018年9月16日から9月21日の期間において、DONESやダイバータ試験用トカマク装置DTTな

第30回核融合技術シンポジウム(Symposium onどの次期計画についての基調講演があり、ヨーロFusion Technology)がイタリア・シチリア島のジッパにおける核融合開発のアクティビティーの高ャルディーニ＝ナクソス市で開催されました。本さを感じました。筆者は、Deuterium retention

会議はヨーロッパ各国の持ち回りで隔年開催されbehavior in tungsten irradiated with neutronており、最新の核融合工学研究や将来の大型核融

under divertor operation temperatureと題し、合装置実験計画について、1,000名程度の参加者日米科学技術協力事業協同プロジェクトであるが議論を行う、活気のある会議です。今回の参加

PHENIX計画で進めるダイバータにおける燃料粒者は1,023名で、開催国のイタリアから約200名、子蓄積についての研究発表を行い、海外の研究者ドイツから約180名、日本からは約80名の参加と有益な意見交換をすることができました。また、がありました。核融合科学研究所からは核融合工当研究所からは、核融合システム研究系の後藤拓学研究プロジェクトメンバーを中心に12名が参加

也助教がプラズマからの受熱性能の高い液体ダイし、共同研究まで含めると計30件の発表を行いま

バータの基礎研究に関する口頭発表を行い、高いした。

関心を得ました。

会議初日にはジャルディーニ＝ナクソス市に隣接するタオルミーナ市のギリシア劇場にてオープニングセッションが開催され、ITER機構のB.

次回は2020年にクロアチアのドゥブロブニクで開催されます。
（装置工学・応用物理研究系 助教）

Bigot機構長からITER建設における調達状況やスケジュール、調達機器の最終的な組立て時におけるリスク管理などについての基調講演がありました。また、同市のオーケストラ楽団による演奏も催されました。
会議においては、ヨーロッパ原型炉開発ロードマップ、欧州共同のトカマク実験装置JETで予定されているDT実験準備状況、ヘリカル装置W7-Xの実験結果のサマリー、核融合中性子源IFMIF-

オープニングセレモニーでのB. Bigot ITER機構長による基調講演

SOFT会場の様子

後藤拓也助教の口頭発表の様子

7平成30年度防災訓練を実施
核融合科学研究所は、9月19日に、土岐市南消防署の協力を得て防災訓練を実施し、職員や学生など所員325名が参加しました。
訓練は、9時30分に震度6弱の大地震が発生し、研究所構内の食堂厨房で負傷者が発生し出火したという想定の下で、危機管理指揮本部内に災害対策本部を立ち上げて実施しました。
統括管理者の指示により、研究所職員で構成される自衛消防隊は研究棟や管理・福利棟などアカデミックゾーンを担当する「本部隊」と、大型ヘリカル実験棟などの実験ゾーンを担当する「地区隊」に分かれて、地元自治体等の関係機関への通報、電気・ガス・水道等のライフライン状況確認、実験設備の高圧災害対策本部の様子
ガス・危険物質等における安全確認、地震災害を想定した負傷者の搬出、初期消火などを行いました。隊員以外の所員は、研究所構内に指定された一次避難場所へ速やかに避難し、安否情報確認を行いました。警戒態勢の解除とともに防災訓練が終了し、引き続き、土岐市南消防署員の指導の下、所員による屋内消火栓と消火器の取扱い訓練が行われました。
今年度は、地元住民からの避難要請を想定した誘導訓練を行うなど、より実践的な訓練を行いました。土岐市南消防署からは、「安否確認が遅れる場合や避難放送が聞き取りづらい場合があるが、実際の災害現場でも起きうることであるため、想定の中に入れて訓練すべき。
」との講評がありました。また、竹入所長からは、所員に対し「緊急事態への習熟度は上がってきている。これに満足せず、更に習熟していってほしい。
」との挨拶がありました。
負傷者搬送訓練を行う自衛消防隊

黄 中国科学技術部副部長（副大臣）が核融合科学研究所を表敬訪問
中国科学技術部黄衛副部長（副大臣）ら8名が、10月30日に核融合科学研究所を表敬訪問しました。
一行は、竹入所長から研究概要の説明を受けるとともに、日中両国の核融合研究について意見交換を行いました。
次いで、制御棟制御室、大型ヘリカル実験棟本体室を視察しました。本体室では、実際に大型ヘリカル装置（LHD）の上部から視察し、装置の大きさを体感するとともに、LHDの周辺に多く設置されている様々な機器の役割などの説明を受け、熱心に聞き入っていました。
今回の表敬訪問を通じて、核融合研と中国西南交通大学間で昨年度から開始された、中国初のヘリカル研究に係る共同プロジェクトの推進など、今後の核融合研究における連携の重要性が確認されました。

制御室において説明を受ける黄副部長（中央）

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構

中国科学技術部一行（黄副部長は後方中央）核融合科学研究所 発行
複写される方へNIFS NEWSNo.2442018年10,11月号

黄副部長（左）と竹入所長〒509-5292 岐阜県土岐市下石町322-6
TEL : 0572-58-2222(代) FAX : 0572-58-2601
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