NIFS
NEWS

ISSN 1884-1600

No.232

核融合科学研究所オープンキャンパス 2016 を開催

2 016>>>特O C T/ N O V
集 ・・・・ 2ー3

核融合科学研究所オープンキャンパス2016「きて！みて！さわって！プラズマワールド」>>>

研 究 最 前 線 ・・・・ 4ー5重い元素の多価イオンが発する新しい波長の光を発見～極端紫外スペクトルの実験データベースを構築～

>>>

高畑一也

鈴木千尋

会 議 報 告 ・・・・ 6ー7

第22回核融合エネルギー技術に関する国際会議（TOFE22） 柳
第29回核融合技術シンポジウム（SOFT2016）

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>>>

ト ピ ッ ク ス ・・・・ 8

平成28年度防災訓練を実施
総研大

アジア冬の学校のご案内

米国の大学と国際学術交流に関する覚書を締結

長門菱沼良光特集

核融合科学研究所オープンキャンパス 2016

「きて！みて！さわって！プラズマワールド」
高 畑 一 也
10 月 8 日（土）に、恒例の核融合科学研究所のオーいただいた来場者の皆さまに感謝いたします。

プンキャンパス（一般公開）を開催しました。オー

今回のオープンキャンパスでは、LHD の直径 1.2

プンキャンパスは、プラズマや核融合の研究を、幅メートルの真空排気用ポートを特別に開放し、普段広い年齢層の方々に理解していただくため、1998は見ることができないプラズマ真空容器内部を公年から毎年開催し、今回で 19 回目になります。今開しました。少し遠目での公開でしたが、ヘリカ回の「きて！みて！さわって！プラズマワールド」

ルコイルの捩れた構造を実感していただけたと思のテーマのとおり、楽しんで科学に触れることがいます。また、より装置に近付いて見ていただけできる体験型イベントです。職員が毎回アイデアるよう、フロアレベルの職員用通路を使って装置を出し合って、自ら製作した科学実験などを企画の周りを一周していただきました。来場者からはするため、通常の科学館では見られない展示をご「解説してくれたスタッフの皆さんが熱心で分かり覧いただけます。もちろん、施設の一般公開として、やすかったです。
」、「今年は LHD の中まで見せて世界最大級の超伝導プラズマ実験装置である大型いただきありがとうございました。
」など、嬉しいヘリカル装置（LHD）やドラマの撮影にも使われ感想をいただきました。

た制御室、普段は見ることができないスーパーコン

さて、テーマに「さわって！」とあるように、ピュータもご覧いただきました。当日は幸いなこ

オープンキャンパスでは、様々な体験型イベントとに、朝からの雨も開場のころには上がり、2,000を開催しました。中でも工作教室は最も人気があ名の方が来場されました。足下の悪い中、お越しる企画で、今回はソーラー風車、セラミック折り解説を聞いてから LHD 見学ツアーに出発！

2トなどです。実際に道具に触ることにより、より科学を身近に感じていただけたと思います。
職員による核融合やその応用分野に関する講演会も、例年人気を集めている企画です。今回は、伊藤篤史准教授による「はじめての核融合」、柳長門教授による「みんなと地球に役立つ超伝導 核融合～医療～そして」の 2 部構成の講演会を開催しました。どちらも会場が満員となる 100 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。
LHD 見学ツアーで真空容器の中を覗いています

紙、セラミックプレート、LHD 型分光器の 4 種類の工作教室を開催しました。数に限りがあるため、先着順や抽選制にしなければならないことがとても残念でした。他にも「さわる」ことができる体験型の展示物を数多くご覧いただきました。ここでは一部しか紹介できませんが、プラズマボール、核融合炉運転シミュレータ、バーチャルリアリティLHD、放射線測定体験、形状記憶合金、不思議な液体、超伝導磁気浮上列車、ペットボトルロケッ
講演会の様子

来年度のオープンキャンパスは、大型ヘリカル実験棟の一部が管理区域になることで、会場が狭くなったり、ご覧いただけないところも出てきたりします。その分、より密度の濃い展示、公開を企画いたしますので、皆さまのお越しをお待ちしています。
（装置工学・応用物理研究系 教授／オープンキャンパス 2016 実行委員会 委員長）
工作教室でソーラー風車を作っている様子

プラズマボールを体験する子どもたち

プラズマくんと仲間たち（左からミナモ、とっくりとっくん、プラズマくん、志野田茶太郎）

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研究最前線

重い元素の多価イオンが発する新しい波長の光を発見〜極端紫外スペクトルの実験データベースを構築〜
鈴 木 千 尋よく知られているように、原子は正の電荷を持研究において重要なものも含まれており、発光ス
つ原子核と、その周りをとりまく複数の（負の電荷ペクトルの物理的理解が求められています。
を持つ）電子から構成されており、原子全体として核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）は電気的に中性です。原子からいくつか電子を取で生成される高温プラズマにおいても、炭素や鉄なり去る（電離する）と、全体として正の電荷を持どのプラズマ対向壁に由来する不純物の多価イオつ正イオンとなります。プラズマは電離気体ともンからの発光スペクトルが観測されます。これら呼ばれるように、高温に加熱することにより気体は発光によってエネルギーを閉じ込め領域の外にが電離され、はぎ取られた電子と正イオンが乱雑放出し、プラズマを冷却してしまうので、プラズに飛び回っている状態です。取り去られた電子が 1マ閉じ込めの観点からは好ましくありません。一つの場合は 1 価の正イオンですが、プラズマの温方、基礎的な原子物理学の観点からは、LHD は超度が上昇するにつれて、次々と複数の電子がはぎ高温プラズマを安定して比較的長時間閉じ込める
取られていき、イオンの価数が上昇していきます。
ことができるため、高原子番号の元素をごく少量混このようなイオンは多価イオンと呼ばれます。
入させることによって、高価数の多価イオンを容原子やイオンの内部の電子は、いくつかの異な易に生成して、その発光スペクトルを調べることるエネルギー状態を取ることができ、最低エネルが可能な、数少ない光源ともいえます。また、プギーの状態を基底状態、それ以外の状態を励起状態ラズマの温度や密度などが正確に測定できるため、と呼びます。基底状態にある原子やイオンが、電子発光スペクトルの理論予測の実験的検証に役立つとの衝突などによりエネルギーを受け取ると、励起データベースが得られると考えられます。
状態に変化した後、より安定な低いエネルギー状
そこで、元素周期表で第 5 周期および第 6 周期態に戻ろうとしますが、その際に余分なエネルギーに位置する、スズ、ガドリニウム、タングステン、を光（スペクトル線）として放出します。その光金、ビスマスなどの重い元素を、LHD の高温プラの波長は、放出前後の状態のエネルギー差に反比例ズマ中で多価イオンにし、極端紫外領域（波長 1し、元素の種類やイオンの価数によって決まる固〜 15 ナノメートル程度）の発光スペクトルを、斜有の値となります。したがって、プラズマから出入射型真空紫外分光器（図 1）を用いて系統的に観てくる光を分光器で波長に分けて、光の波長に対する強度分布（発光スペクトル）を計測することにより、プラズマ中に存在する元素の種類や価数が分かります。
炭素、酸素、鉄などの比較的軽い元素については、原子やイオンの発光スペクトルがすでに詳細に調べられ、各元素のスペクトル線についてのデータベースも公開されています。しかし、元素周期表で第 5 周期以降にある高原子番号の元素（例えば、スズや金など）で、特に多価イオンからの発光については、その生成に特殊な装置が必要であることなどから、スペクトル線の波長さえ、実験によって
図 1 斜入射型真空紫外分光器。極端紫外領域の光は空気中を透過できないため、調べられていない元素もあります。これ機器全体が真空容器の中（青色の部分）に収められています。LHD プラズマからの元素の多価イオンの中には、後述のらの発光は向かって左側から入射し、回折格子で分光されたのち、発光スペクトように核融合研究やプラズマの産業応用ルとして検出されます。

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測しました。この実験ではまず、高温プラズマ中の不純物の挙動を調べる目的で開発された、トレーサー内蔵固体ペレット（TESPEL）装置を活用して、ごく少量の重い元素をプラズマ中に入射しました。
その後、プラズマの加熱パワーを制御して、電子温度の高い状態から低い状態に変化させました。こうすることで、プラズマ中で支配的となるイオンの価数が電子温度に対応して変わることにより、スペクトルが劇的に変化する様子を一度の放電でまとめて計測することに成功しました（図 2）。一連の元素について発光スペクトルを原子番号順に整理
すると、似た構造をもつスペクトル線が、原子番号の増加とともに短波長側へ移動していく様子が明瞭に分かります。このような解析の結果、原子番号が 65、67、69 の元素である、テルビウム（Tb）、ホルミウム（Ho）、ツリウム（Tm）の多価イオンの新たなスペクトル線を、世界で初めて実験的に発見しました（表 1）。理論的に予測される波長によく一致しているスペクトル線と、系統的にややずれているスペクトル線があります。この結果は、複雑な多価イオンの電子エネルギー構造の理論計算には、まだ改善の余地があることを示唆しており、理論予測の検証に有用なデータです。
同様の方法で、原子番号 50 ～ 83 の範囲のうち、これまでに半数以上の元素が LHD で系統的に調べられています。このうちスズなどは、次世代の半導体加工技術として期待されている極端紫外線リソグラフィ用のプラズマ光源材料として研究が進められており、金やビスマスは、いわゆる水の窓領域を用いた高コントラスト生体顕微鏡の光源材料の候補となっています。タングステンは、国際熱表1

核融合実験炉（ITER）におけるプラズマ対向材料として使用されるため、プラズマ中に混入したタングステン多価イオンの発光メカニズムの理解が求められています。本研究で得られた一連の実験デー
タベースは、これらの研究開発において、シミュレーションの精度向上などに役立つ基礎データを提供するものです。
（高温プラズマ物理研究系 助教）

図 2 温度の変化にともなうテルビウム（原子番号 65）イオンの発光スペクトルの変化。波長 7.203 ナノメートルのピー
ク が 36 価 イ オ ン の ス ペ ク ト ル 線、6.852 ナ ノ メ ー ト ル と6.896 ナノメートルの両ピークが 18 価のスペクトル線です。

LHD で初めて実験的に発見されたスペクトル線のリスト。

イオン遷移（下準位-上準位）波長の実験値（ナノメートル）

波長の理論予測値（ナノメートル）

Tb 36+

3d104p 2P1/2 – 3d104d 2D3/2

7.203

7.202

Ho38+

3d104p 2P1/2 – 3d104d 2D3/2

6.614

6.609

Tm40+

3d104p 2P1/2 – 3d104d 2D3/2

6.072

6.069

Tm22+

4d104f 2F7/2 – 4d94f2 2G9/2

5.933

5.767

Tm22+

4d104f 2F5/2 – 4d94f2 2G7/2

5.986

5.817

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会 議 報 告第22回核融合エネルギー技術に関する国際会議（TOFE22）
柳2016 年 8 月 22 日から 8 月 25 日までの 4 日間、発表 4 件の、合わせて 7 件の発表がありました。

米国フィラデルフィアのシェラトン・フィラデル

このうち、大型ヘリカル装置（LHD）の最新成果

フィア・ソサエティ・ヒルにおいて第 22 回核融合と今後の実験計画については、長壁正樹 LHD 計画

エネルギー技術に関する国際会議（22nd Topical

実験統括主幹から基調講演として報告がありましMeeting on the Technology of Fusion Energy,た。また、相良明男核融合工学研究研究総主幹かTOFE 22）が開催されました。TOFE は、米国原らは、ヘリカル型核融合炉の設計と工学開発の進子力学会の核融合部会として 2 年に 1 回の頻度で展について報告がありました。さらに、日本全体開催されている核融合工学技術に関する会議です。の核融合炉材料開発の現状について、室賀健夫副

今回は、フィラデルフィアから近いプリンストン・所長によるレビュー講演があり、いずれも世界のプラズマ物理研究所によって主催されました。会

研究者の関心を大いに集めました。

議には米国国内をはじめ、欧州、日本、韓国、中国、

フィラデルフィアは、アメリカ合衆国の独立宣他の国々から約 200 名の参加者があり、口頭発表言が行われた町であり、会議場近くにはその舞台約 110 件、ポスター発表約 90 件がありました。となった州議事堂や、独立のシンボルとなった「自会議では、主なトピックスとして、世界の主要由の鐘」等があり、米国の歴史の出発点を感じるな研究施設における最新の研究成果について報告ことができました。また、ここは、映画「ロッキー」

がありました。今回は、特に、ドイツの W7-X 装でも有名となった町であり、映画の各所に出てきた置の建設完了と実験開始について報告が行われ、大場所の雰囲気を懐かしく感じることができました。

きなマイルストーンと位置付けられました。また、次回の TOFE 23 は、2 年後の 2018 年にフロリダ国際プロジェクトとして建設が進んでいる ITER と州オーランドにて開催されます。

JT-60SA について、最新の状況が報告されました。

（装置工学・応用物理研究系 教授）

核融合科学研究所からは、口頭発表 3 件とポスター

相良明男核融合工学研究研究総主幹の口頭発表の様子

6長 門第29回核融合技術シンポジウム（SOFT2016）
菱 沼 良 光2016 年 9 月 5 日から 9 月 9 日の期間においてンズ合金の具体的な溶製方法や三元系ブロンズを

第 29 回核融合技術シンポジウム（Symposium on

用いた Nb3Sn 極細多芯線材加工及び超伝導特性にFusion Technology）が、チェコ共和国のプラハ市

ついて議論し、今後に向けた大きな指針を得るこ内を流れるヴルタヴァ（ドイツ語名：モルダウ）川沿とができました。

いのプラハコングレスセンターで開催されました。

会議冒頭の基調講演では、ITER 機構の B. Bigot

本会議は、隔年で開催され、最新の核融合工学に機構長とドイツ・マックスプランクプラズマ物理関する研究開発の成果や将来の核融合炉の建設や研 究 所 の Wendelstein 7-X（W7-X）プ ロ ジ ェ ク ト

設計について議論する場になっており、毎回 1,000の長である T. Klinger 博士の講演が印象的でした。

名程度の参加がある活気に満ちた会議です。今回Bigot 機構長からは、2025 年のファーストプラズも参加者総数は 950 名で、日本からはドイツ、イマを目指した建設計画の遵守と機構内のガバナンタリアに続いて 3 番目に多い 90 名の参加があり、ス強化を進めるとの強い意志表明が示されました。

核融合技術の進展における日本の多大な貢献がう

ITER 計画は、核融合発電の試金石でもあり、Bigotかがえました。核融合科学研究所（NIFS）からは、機構長には強いリーダーシップが期待されるとこ核融合工学プロジェクトのメンバーを中心に 11 名ろです。Klinger 博士からは、NIFS の大型ヘリカルが参加し、筆者は ”Development of the bronze

装置（LHD）と同じヘリカル型装置である W7-X

processed Nb3Sn multifilamentary wires usingの建設経緯、ファーストプラズマの成果及び将来

Cu-Sn-Zn ternary alloy matrix” と い う 題 名 で、計画が報告されました。Klinger 博士は、NIFS の外核融合原型炉応用に必要不可欠な高強度 Nb3Sn 超部評価委員会委員の 1 人でもあり、講演の中で装伝導線材の実現に向けた、新しい概念に基づいた置建設における LHD の貢献についても触れられま

線材化プロセス開発についてポスター発表を行いした。今後は、LHD のライバルともなる W7-X 装ました。本プロセスは、従来の手法よりも簡便で置の動向が注目されます。

あるブロンズ母材の固溶強化というアプローチを次回の SOFT2018 は、2018 年 9 月 17 日から提案するものです。大手の電機メーカーや研究機

21 日の日程でイタリアのシチリア島で開催される関の研究者に固溶強化による高強度化のメリット予定です。

を理解していただいた上で、Cu-Sn-Zn 三元系ブロ

図1

会議場サロンから眺めたプラハ城（核融合システム研究系 准教授）

図2

基調講演をする ITER 機構の Bigot 機構長

7

平成28年度防災訓練を実施
核融合科学研究所は、9月30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291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職員が負傷する事態と火災が発生したという想定の下、危機管理指揮本部の室内に災害警戒本部を立ち上げ、初期消火活動等に対応する自衛消防隊を「本部隊」と「地区隊」の2部隊に分けた組織体制で実施しました。
自衛消防隊員は、関係機関への通報、ライフライン状況確認、実験設備の安全確認の活動を迅速に行いました。10時30分には警戒態勢の解除とともに防災訓練が終了し、引き続き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。土岐市南消防署からは、「自衛消防隊員と消防職員との連携を図れるようにしてほしい。
」との講評があり、竹入康彦所長は、所員に対し「予想外の事態にも対応できるように日頃から意識してほしい。」と話しました。

危機管理指揮本部

消火器訓練

総研大

アジア冬の学校のご案内

2016年12月12日（月）から14日（水）までの日程で、総合研究大学院大学（総研大）アジア冬の学校をチェンマイ大学（タイ）にて開催します。この総研大アジア冬の学校は、5専攻（機能分子科学専攻、構造分子科学専攻、天文科学専攻、宇宙科学専攻、核融合科学専攻）で行っている研究・教育活動を、日本国内含むアジア諸国の大学生、大学院生及び若手研究者の育成に広く供するべく、平成16年度より毎年開催してきました。
本年度の核融合科学専攻では、プラズマ物理の基礎から核融合を目指したプラズマ実験、核融合プラズマやプラズマの複雑現象のシミュレーションまで、幅広い授業を行うことを予定しています。
詳細については、下記webサイトをご覧ください。
http://nsrp.nifs.ac.jp/aws2016/index.html

米国・ウィスコンシン大学マディソン校工学部と国際学術交流に関する覚書を締結
核融合科学研究所は、米国のウィスコンシン大学マディソン校工学部と、核融合研究における研究協力関係を推進するため、平成28年9月に国際学術交流に関する覚書を締結しました。
ウィスコンシン大学マディソン校工学部は、これまでも長年にわたって核融合研究を推進しており、現在、ヘリカル方式の中規模実験装置HSX、核融合プラズマの理論・シミュレーション研究などで世界的にも顕著な成果を挙げています。優秀な大学院生の活発な研究活動も広く知られるところです。
覚書締結を記念して、マディソンにて、覚書締結記念ワークショップを開催しました。竹入康彦核融合科学研究所長の挨拶（代読）に続き、覚書の交換、両機関間の共同研究のこれまでの経緯、今後の可能性などについて議論を行いました。来年早々には、先方の大学院生が核融合科学研究所に2か月間来訪し、LHD実験データを用いた研究を行うなど、具体的な交流計画も策定されました。
核融合科学研究所が国際学術交流協定を締結した海外研究機関は、これで24機関となりました。ますます幅広い国際共同研究が展開されることが期待されます。

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 発行
複写される方へ

NIFS NEWSNo.232

2016年10,11月号〒509-5292 岐阜県土岐市下石町322-6
TEL : 0572-58-2222(代) FAX : 0572-58-2601
URL : http://www.nifs.ac.jp/
E-mail : nifs-news@nifs.ac.jp※過去のニュースはホームページにてご覧いただけます。

本紙に掲載された著作物を複写したい方は（社）日本複写権センターと包括複写特許契約を締結されている企業の方でない限り、著作権者から複写権等の行使の委託を受けている次の団体から許諾を受けてください。
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