NIFS
NEWS

ISSN 1884-1600

No.2282 016>>>

FEB/MAR研 究 最 前 線 ・・・・ 2ー3

省エネでプラズマを加熱する
ー 電子サイクロトロン共鳴加熱の入射最適化 ー>>>

特辻村亨

集 ・・・・ 4

平成27年度総合研究大学院大学アジア冬の学校（AWS2015）			
石黒静児>>>

会 議 報 告 ・・・・ 5

第8回日中韓フォーサイト事業ワークショップ
第10回アジアプラズマ・核融合学会>>>

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

磯部光孝
大石鉄太郎

退 職 者 記 事 ・・・・ 6ー7

ヘリオトロン研究への想い		

武藤

これまでを振り返って			

山田修一

>>>

ト ピ ッ ク ス ・・・・ 8

職場体験学習を受け入れました
Fusion フェスタ in Tokyo のご案内

敬研究最前線

省エネでプラズマを加熱する
─ 電子サイクロトロン共鳴加熱の入射最適化 ─辻 村
核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）

射方向と振動方向を適切に設定するためには、ターには電子サイクロトロン共鳴加熱（ECH）と呼ばゲットであるプラズマ中の磁場の大きさや方向、れるプラズマ加熱装置があります。限られた加熱そしてプラズマの電子温度や密度の情報が必要にパワーの中で無駄無く効率良くプラズマを加熱すなります。光が空気から水に斜めに入射すると進るために、理論的に最適な加熱条件を放電ごとに行方向が変わる（屈折）現象と同様に、プラズマ計算するプログラムの開発と実験への適用を行っ中でもミリ波は屈折し進行方向が変わります。まています。LHD の ECH では、波長がミリメートた、ミリ波の振動方向がプラズマ中の磁場の方向ル帯の電磁波であるミリ波を用います。ミリ波のに対して適切な関係にないと共鳴加熱条件から外入射方向、及び電場の振動の方向（偏波）の２つれ、プラズマを十分に加熱することはできません。

を適切な条件にしてプラズマへ入射する必要があ

最近それらの計算に必要な情報が放電ごとに取得ります。ここでは、偏波の向きは入射方向に垂直できるようになり、次の放電に向けて、最適な加な面内においてトロイダル方向に対する回転角度熱条件を即座に計算できるようになってきていまをほぼ表します。それら 2 つの設定が適切でないす。図１にミリ波の入射方向を最適化計算する前場合、ミリ波のパワーの一部分はプラズマに吸収とした後のプラズマ中でのビーム軌道を示します。

されず、プラズマを透過してしまいます。我々の「改善前」では、屈折の効果でミリ波がプラズマ中扱うミリ波のパワーは 1000 キロワットのレベルで曲がってしまい、プラズマ中の共鳴層と呼ばれで、かつ将来の核融合炉では更に大きくなる見込るミリ波パワーが吸収されるエリアに進入できなみです。ちなみにご家庭で使われる電子レンジのかったために、ミリ波は吸収されずプラズマを素通電磁波のパワーは１キロワットのレベルです。従っりしてしまいました。それに対して、「改善後」でて、プラズマに吸収されなかったミリ波はプラズ

は、屈折効果やプラズマの中心位置の情報などを考マを十分に加熱しないだけでなく、炉内の機器に慮して、ミリ波の入射方向を調整することで、結ダメージを与える可能性もあります。ミリ波の入果的にプラズマ中に吸収されるようになりました。

図１：入射方向の改善前後におけるミリ波ビームの LHD プラズマ中での軌道。
図中のバツ印は照準位置を表します。

2

亨

図３にプラズマに吸収されるミリ波パワーの入射偏波依存性を示します。ミリ波の振動方向の時間的変化に伴い、吸収パワーも増減していることが分かります。そして実験結果と計算結果が良い一致を示しており、理論的に最も良い偏波条件（プラズマを加熱する波動が最も励起される条件）と予測される約 45 度のときに、吸収パワーが最大値を示しています。吸収されなかったミリ波パワーの一部は真空容器内で多重反射（乱反射）を繰り返し、最終的にはプラズマに吸収されます。それでも吸収されなかった成分は真空容器内に充満します。省エネルギーの観点から言えば多重反射後に吸収さ
図２：入射方向の改善前後における電子温度分布れた成分は結果的には良いように見えますが、狙った位置を精度良く加熱できていないという観点で図２に改善前後における電子温度分布を示します。

は良くありません。従って、ミリ波の入射方向と振「改善後」にてミリ波パワーがプラズマのほぼ中心動方向を適切に設定して、ミリ波パワーが単一パに吸収されたことで、プラズマ中心の電子温度がスで狙った位置に 100%吸収されるのが理想です。

約２千万度増加していることが分かります。また、

ところで、図３に示す計算結果は実験結果と良い

図１に示す上側からの入射（垂直方向）だけでなく、一致を示していますが、この計算結果はプラズマと横側からの入射（水平方向）の ECH に対しても同真空との境界の扱い方に大きく影響されます。図１

様に入射方向を調整することで中心加熱性能の向に示すように閉じた磁気面の中にのみプラズマが存上に寄与し、電子温度の増加を後押ししています。

在し、その外に存在しないならば、境界ははっきり

一方、ミリ波の偏波に関しては、放電中にリアしています。しかし、実際の実験では閉じた磁気面ルタイムで最適設定することを目指して、これまの外側にも低密度のプラズマが存在しているので、でに、ミリ波の振動方向を放電中にスキャンする

ミリ波入射の最適化にはこの影響を考慮する必要が実験を行い、実験結果と計算結果を比較しました。

あります。特に LHD においては、その領域において磁場の方向が変化しやすい特性を持っており、その領域の取り扱いは入射するミリ波の振動方向の最適設定において重要な役割を果たします。今回の計算では、閉じた磁気面を更に外へ仮想的に拡張させるモデルを使用し、プラズマと真空との境界をなくし、電子密度の大きさが外へ向かって小さくなる分布を用いています。この放電については実験値との良い一致が見られました。今後は閉じた磁気面より外のプラズマをより厳密に扱うモデルに発展させて、ミリ波の加熱効果を比較していく予定です。
将来の核融合炉において ECH は主要な加熱源となる見込みです。長時間の定常運転において、リアルタイム ECH 入射最適化による加熱機器の効率

図３：プラズマに吸収されるミリ波パワーの入射偏波依存性。
ミリ波の振動方向を放電中に高速変化させました。

的な運用を行っていきたいと考えています。
（プラズマ加熱物理研究系 助教）

3特集平成 27 年度総合研究大学院大学アジア冬の学校（AWS2015）
石 黒 静 児核融合科学研究所 (NIFS) に併設されている総合の見学、バーチャルリアリティ (VR) の体験実習及研究大学院大学 ( 総研大 ) 核融合科学専攻による総び分子科学研究所の極端紫外光研究施設の見学、さ研大アジア冬の学校が平成 27 年 12 月１日から４らには参加者及び NIFS で活動している学生や研究日まで NIFS と分子科学研究所（岡崎市）で開催さ者によるポスター発表が行われ、活発な議論・交れました。今回は、分子科学研究所に併設されて流が見られました。

いる構造分子科学専攻及び機能分子科学専攻とのこの総研大アジア冬の学校は総研大物理科学研合同開催となり、中国、台湾、インドネシア、マレー究科の５専攻の教育・研究活動を国内外の学生や若シア、ネパール、タイ、ベトナムの７の国と地域手研究者に広く紹介するために、平成 16 年度よりから 18 名、国内からは 12 名の合計 30 名のプラ

毎年冬に開催されています。今年度は、「世界を眺ズマ・核融合及び分子科学に関心を持つ学生や若める新しい目」を５専攻共通テーマ、「未来のエネ手研究者が参加しました。その内訳は学部生６名、ルギーへの複合的アプローチ」を核融合科学専攻、大学院生 22 名、若手研究者２名となっています。

構造分子科学専攻、機能分子科学専攻のサブテー核融合研究入門、プラズマ分光、プラズマ粒子

マとして開催されました。

シミュレーション、磁場閉じ込めプラズマの理論、プラズマ壁相互作用に関するシミュレーションな基礎物理シミュレーション研究系 研究主幹・教授

どプラズマ・核融合に関する講義及び分子構造、電総合研究大学院大学・物理科学研究科・核融合科池など分子・材料科学に関する講義が行われまし

学専攻/併任た。
これらの講義に加えて、大型ヘリカル装置(LHD)

LHD 制御室見学

ポスター発表風景

参加者の集合写真

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会 議 報 告第８回日中韓フォーサイト事業ワークショップ磯部光孝

核融合科学研究所は、日本学術振興会・日中韓タプラズマ制御」、Ⅲ :「高エネルギー粒子とバルクフォーサイト事業において採択されている研究交流

プラズマの相互作用」、そして課題を横断的に取り課題「高性能プラズマの定常保持に必要な物理基盤扱うⅣ :「理論・シミュレーション」に分けて行わの形成」に基づき、LHD（日本）、EAST（中国）及れ、活発な議論が交わされました。本事業では、若び KSTAR（韓国）間の国際共同研究を推進してい手教育も共同研究の重要な柱として位置付けられてます。本事業支援の下、共同研究の実施状況を報おり、3 ヶ国から大学院生の発表も多数行われまし

告し、具体的な研究計画を議論するためのワークた。次回は、2016 年 5 月に中国・銀川市にて開催

ショップを日中韓の持ち回りで年 2 回のペースで開される予定です。

催しています。核融合科学研究所主催による第 8 回（高温プラズマ物理研究系 教授）

会合が 2015 年 12 月 1 日から 12 月 4 日にかけて静岡県御殿場市にて開催され、3 ヶ国から 46 名（内訳 : 日本 19 名、中国 13 名、韓国 14 名）が参加しました。本会合では、竹入康彦核融合科学研究所長、万宝年中国科学院等離子体物理研究所長により、今後の協力方針について確認がなされました。個々の研究課題については、以下の 4 つのカテゴリ、Ⅰ :「閉じ込め配位の定常保持」、Ⅱ :「周辺及びダイバー

ワークショップ参加者の集合写真

第10回アジアプラズマ・核融合学会

大石鉄太郎

2015 年 12 月 14 日から 18 日にかけて、第 10

周辺部において不純物イオンが空間的に非対称な分回アジアプラズマ・核融合学会（APFA）がインド北布を持つ現象について、分光計測の結果を中心に口西部グジャラート州の州都ガンディーナガルで開催頭発表を行いました。その他、インドの ADITYA とされました。APFA はアジアでのプラズマ・核融合SST-1、韓国の KSTAR といったアジアにおけるトカ研究を促進し交流を深めることを目的として日中韓マク型装置における研究成果発表や、フランスで建及びインドの４国が交代で主催し、隔年で開催され設中の国際熱核融合実験炉 ITER に対するアジア諸国ます。本会議では 269 件の発表が行われました。核の貢献についての発表が数多く行われました。次回

融合科学研究所からは７名が参加し、３件の招待講は 2017 年に岐阜県土岐市で開催される予定です。

演、と４件の口頭発表及び、１件のポスター発表を（高密度プラズマ物理研究系 助教）行いました。森﨑友宏大型ヘリカル装置計画（LHD）
研究総主幹は、核融合原型炉の実現を目指して日本国内で行われている設計活動について、２件の招待講演を行いました。会場からは多数の質問が寄せられ活発な議論が行われました。森田繁教授は、日中韓３ヶ国の相互交流による研究ネットワークの形成を目指す「日中韓フォーサイト事業」の進展について招待講演を行いました。筆者は、LHD プラズマの森﨑友宏大型ヘリカル装置計画研究総主幹による招待講演

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退職者記事ヘリオトロン研究への想い
武 藤
私が京都大学工学部に入った頃にヘリカルヘリオ
トロン磁場のアイデアが発表されている。当時は大学紛争の最中であり、入学から半年は講義が無く、吉田構内のバリケードの中で全共闘学生の演説を聞くか、下宿で本を読んで過ごす毎日であった。3 回生になった頃、宇治構内にヘリオトロン D 装置が建設された。大きな装置で面白い研究をしているとの噂を聞き、卒業研究に行くことにした。施設長はまだ40 代半ばの宇尾光治先生で、独自発明のアイデアであるヘリカルヘリオトロンを実験しようとして、反対するグループと激しく論争した後であった。宇尾先生は反対する研究者達を学外へ放出する一方で、優秀なスタッフを集められていた。研究姿勢には反発も強かったのだが、豊かな国際経験と著名なバイオ研究者であった夫人の影響もあり、広い分野の豊富な話題を混えながら強い信念で夢に満ちた話をされる先生には不思議な説得力が有った。優れた能力とアイデアがヘリカルヘリオトロン磁場の発明に繋がったのは勿論であるが、人を惹きつけ信じさせる能力と強い信念がヘリオトロン磁場を世に出し、核融合コミュニティの中では異端ともいえる磁場配位で大型装置を作る予算を獲得したと私は思っていた。
私は博士課程からアルフベン波を用いたプラズマ加熱をヘリオトロン D で行ったが、これが私の高周波加熱研究の始まりだった。その頃、イオンサイクロ
トロン共鳴加熱（ICH）は佐藤元泰先生が実験しておられた。両者とも IAEA 会議に結果が発表される成果も出したが、時々は真空のトラブルも起こした。
私は学生時代から加熱実験を行い、そして真空トラブルとも縁が深い。
助手として採用され、ヘリオトロン E の準備に加わった。飯吉厚夫先生と本島修先生が建設と実験を主導しておられ、私はデータ処理と ICH を担当することになった。当時は珍しいコンピュータによるデータ処理とデータ出力の実務に多くの時間と労力を費やした。研究としては実験データをコンピュータに大量に集め、実験スケーリングを出したのが記念である。トカマクのようにオーミック加熱をヘリオトロンで行うと、エネルギー閉じ込めが極端に悪化するのが結論で、LHD ではオーミック加熱を採用しない根拠にもなっている。また、ヘリオトロンの磁場配位に対して、どんな ICH アンテナが良いかをヘリオトロ

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敬ン DR 装置の基礎実験を通して検討し、ヘリオトロ
ン E に装着した。このアンテナ設計は今の LHD のICH アンテナの元になっている。ヘリオトロン E のICH 加熱では当時ヘリカル系の最高イオン温度であった 1800 万度を達成し、また ICH 単独でのプラズマ維持に成功したが、これは LHD の定常実験に繋がったと思う。
その後、核融合科学研究所の創設準備室に加わったので、20 年間滞在した京都の宇治から名古屋と土岐へ異動し現在に至っている。あれから 28 年間になり京都時代をはるかに超えた。殆どは ICH とECH を用いた定常実験とイオン加熱に関わり、楽しく研究することができた。そしてヘリオトロン配位の弱点と批判されていた高エネルギーイオンの粒子損失の影響が小さいことの実証や、特長である定常運転の実証に中心的に関わることができた。これは優秀な若手が周囲に居て共に実験できたお陰だと思っている。学生時代からと同じく真空の問題に悩まされたが、これも核融合炉では最後まで最大の課題となるであろう事との出会いとも思える。LHD については殆ど書く余裕が無くなってしまったのでまた別の機会を探したいと思う。
LHD 研究は長く続けられているが、ヘリオトロン以外の方式は将来が見えない。次のステップを目指す訳だが、誰かがコミュニティと社会を説得する魅力を示し、強力に若者を率いてプロジェクトを進めなければならない。再びヘリオトロン研究がスタートした時のような活発な時代が来ることを信じている。
（プラズマ加熱物理研究系 研究主幹・教授）

第２サイクル（平成 10 年）前に LHDに設置したアンテナと共に

これまでを振り返って
山 田 修 一
退職を前にこれまでを振り返ると、いろいろなことが頭の中をよぎります。年を取ったせいか、最近の事より若かった頃の事の方が、くっきりと思い出されます。今日退職するまで四十余年の間、転職せずにこられたのは、仕事の内容が自分にあっていたこと、職場の居心地が良かったこと、等につきるからだと思っております。
最初に仕事に就いたのが名古屋大学プラズマ研究所の高ベータグループ（（故）平野恵一先生がリーダー）で、主に電源構成機器の設計・建設・運転などを担当していました。論文に繋がる初めての仕事は、超高速動作の投入スイッチの研究開発でした。
大電流化・高速度化及び接点のチャタリングの除去に悩まされましたが、完成させることができました。
グループの解散に伴い、共通コンデンサーバンク（約７MJ）をお世話することになり、同バンクを利用する研究、200T/s パルス超電導マグネットの開発研究、並びに逆転磁界ピンチ（RFP）プラズマの研究に従事することになりました。前者の共同研究では、中規模トカマク装置のポロイダルコイルを模擬した通電波形を発生させるのが私の役目でした。開発目標の 200 T/s（コイル内の最大点で 300 T/s 以上）を達成し、その時の交流損失は蓄積磁気エネルギーの0.3 % 程度でした。これまでの磁場変化率 11 T/sに比べ 1 桁以上大きな領域での実証でした。一方、後者の RFP プラズマ実験装置 STP-3(M) の設計・建設は、僅か３名での立上げとなりました。私の担当は、装置設計及び電源設計でした。装置及び電源設計をするためには、RFP プラズマの特性を理解することが必要で、この頃、Shafranov の平衡理論を真剣に勉強したことが懐かしく思い出されます。二重導体シェルと準定常垂直磁界によるプラズマ平衡の実証は、STP-3(M) 装置の数ある成果の一つです。
改組統合で核融合科学研究所に異動してからは、本島修先生及び（故）山本純也先生の下で、LHDの設計・建設に携わることになりました。低温実
験棟及び各種 R&D の立上げのために、私たち（6名）が最初に土岐キャンパスへ移住しました。ヘリカル用とポロイダルコイル用の超伝導導体の開発、モデルコイルによるコイル巻線技術の実証、長さ10m の超伝導バスラインによる冷却通電試験（最大 40kA の通電）等です。名古屋大学キャンパスで開催される設計会議（LOB）への出席のため、1 日で 100km 以上移動する日もありました。LHD では超伝導バスラインを担当しました。超伝導ケーブルを真直ぐ伸ばして多重管に引き込む作業、ケーブルドラムに巻き取る作業は、120 ｍ以上の直線が必要
で、工場内の他の場所が使用可能な土日の作業となりました。工場が千葉県市原市に位置し、移動の際には京葉線の舞浜（東京ディズニーランド）を羨望のまなざしで見ながらの週末の工場立会でした（20回程度）。超伝導送電システムに対しては、LHD プ
ラズマ実験前と実験後の点検等をしっかり行ってきたので、今日迄の 17 年間、大きなトラブルがありませんでした（電源軽故障 1S による停止が 1 回のみ）。担当者としては自負できるところです。今後もこの記録が継続されることを切に願っております。
国際交流は、核融合研での研究生活の中でエフォートの割合が逐次増加してきました。一つは日中拠点大学（CUP）と政府間協定による日中交流事業（JWG）で、もう一つは ITER への協力です。
CUP では後半の 5 年間、サブコーディネータとして事業を運営させていただきました。また、JWG では2008 年のキックオフから今年までの 9 年間、サブコーディネータとして事業を進めさせていただきました。両事業をあわせると 50 名以上の研究者の受け入れを実施しました。ITER においては、外部専門家として、電源の概念設計評価会合、フィーダーの概念設計評価会合、寒冷分配の予備設計評価会合等に招聘され、フィーダーに関しては 20 件以上の設計書類に対してレビューを行ってきました。これらは全てボランティア活動です。
最後になりましたが、名古屋大学プラズマ研究所と核融合科学研究所でお世話になりました多くの方々に感謝し、深くお礼を申し上げます。これからも核融合科学研究所の発展と皆様のご活躍を祈念いたします。
（装置工学・応用物理研究系 准教授）

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職場体験学習を受け入れました
核融合研究所では、近隣の中学校・高校が行う職場体験学習に協力しています。２月２日から４日に岐阜県立土岐商業高等学校から８名の生徒が来所し、技術部と管理部に分かれて様々な職場体験をしました。
技術部では、実験装置を遠隔で操作する機器の設置などを体験しました。また管理部
では、旅費などの計算や伝票の確認作業、図書館業務、広報活動などを体験しました。こ
うした職場体験を通じて、研究所には研究以外にもいろいろな仕事があり、それらに多くの人が関わっていることを実感してもらうことができました。

Fusion フェスタ in Tokyo のご案内
未来エネルギーとして期待されている核融合の研究を紹介する『Fusion フェスタ in Tokyo』が、日本科学未来館において平成 28 年４月 30 日（土）に開催されます。講演のほか、ご家族で楽しめる科学工作体験、科学教室もあります。
皆様のお越しをお待ちしております。
開催日時：平成 28 年４月 30 日（土）10：00 ～ 17：00（最終入場 16：30）
会
場：日本科学未来館（東京都江東区青海２－３－６） 入場無料
特別講演：
『アインシュタインの相対性理論と宇宙の誕生』
日本学術振興会学術システム研究センター長・前自然科学研究機構長・東京大学名誉教授
佐藤 勝彦先生［お問い合わせ先］
自然科学研究機構 核融合科学研究所 管理部研究支援課〒 509-5292 岐阜県土岐市下石町 322-6 TEL：0572-58-2040
URL: http://www.nifs.ac.jp/welcome/tokyo2016/

昨年の Fusion フェスタ in Tokyo の様子

竹入所長講演真空実験磁気浮上列車ビンゴ大会

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
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NIFS NEWSNo.2282016年2,3月号〒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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