Journal of Plasma and Fusion Research Vol.90, No.5 May 2014

インフォメーション■会議報告
第５５回 ア メ リ カ 物 理 学 会 プ ラ ズ マ 物 理 分 科 会（APS-DPP）年会（図２）．これらのセッションの中から，筆者らが興味を大谷寛明（核融合研），宇佐見俊介（核融合研），

磁気リコネクションは，宇宙・天体プラズマから核融合神吉隆司（海上保安大学校），砂原もった磁気リコネクション部門とジェット関係の講演について紹介する．

淳（レーザー総研），プラズマという幅広いテーマに関連している現象である．

金子俊郎（東北大）

同時に，リコネクション自体が興味深いトピックスであり，「磁気リコネクション」テーマだけで招待講演セッ

２０１３年１１月１０日〜１５日まで米国コロラド州デンバーにションなど複数のセッションが開かれたほどである．て，標記会合が開催された．デンバーは標高が 1600 m と高磁気リコネクション研究は，考えやすいこともあっ

く，週半ばの寒波の到来も相まって晩秋の肌寒さを感じるて，２次元，衝突無視，古典的，対称，Harris 平衡という状況であったが，会場のヒルトンホテルにて熱心な発表，理想的な状況設定で取り組まれてきた．しかし今日，より議論が交わされた（図１）．月曜日最初の基調講演は M.

一般的な状況における研究が多く報告されており，リコネGreenwald 氏（MIT）により Alcator C-MOD トカマクにおクション研究が新たなステージに入ったといえるのではな

ける２０年 の 研 究 成 果 が 報 告 さ れ た．磁 場核 融 合 研 究 がいか，という印象を受けた．目を引いたのが，Los Alamos

ITER へと発展していく途上であり，Alcator-C が輸送，閉National Laboratory（LANL）の W. Daughton 氏が関わっじ込めの物理解明に果たしてきた役割の重要性を認識できている多くの発表であった．W. Daughton 氏のグループた．磁場，慣性の閉じ込め方式に依らず米国の核融合研究は，１０１２個もの粒子による大規模３次元 PIC シミュレー所・大学への予算が厳しくなる中で，多くの研究所が今後ションを用いて，磁場・速度シアにより発生する Kelvin-を模索しており，過去を振り返り，未来を考える重要な講

Helmholtz 不安定性がリコネクションのトリガーとなる渦演 で あ っ た．また，Maxwell Prize は Phillip Sprangle 氏を生み出すこと，磁気圏界面（magnetopause）のように密（Narval Research Laboratory お よ び University of Mary-

度・温度が非対称の場合は，渦の端にそって発生する２次land）に贈られた．レーザーと気体やプラズマとの相互作的な不安定性が大きく成長することを示した．同じく W.

用の研究が評価されたものである．来年は１０月２７日〜３１日

Daughton 氏が共著者である発表に，Coulomb 衝突効果がまで，ルイジアナ州ニューオリンズで開催される．以下，電子の運動論的構造を変形し，リコネクション率，エネルそれぞれの分野ごとに詳細を報告する．

ギー解放の振る舞いを変化させるという報告があった．この結果は，高密度環境の実験室プラズマに適用できそうで１．基礎プラズマ物理ある．他にも，B. Cerutti 氏（Univ. Colorado）が輻射の効

今 回 の 基 礎 プ ラズ マ 関 係 の セ ッ シ ョ ン は，プ ラズマ

果を取り入れたシミュレーションを使って超相対論的リコ

ジェット・ビーム・流れ，リコネクション，宇宙プラズマ，ネクションを扱い，蟹星雲のガンマ線フレアを説明しよう

基礎プラズマ物理，波動・振動・不安定性，ショック・磁とするなど幅広い研究成果が見られた．
また，長く薄い電流シートありきで研究がスタートして場形成・天体物理などがあり，活発な議論がかわされた

図１

CBET and Hohlraum Drive の口頭講演会場の様子．部屋の外にまで聴衆が溢れている．

図２

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波動，不安定性，リコネクションなどがテーマであるポス
ターセッション VI の様子．

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いることに疑問を呈するもの，非等方圧力における流体方た．以下にいくつかの印象に残った発表の紹介をしたい．

程式のクロージャーを提案するもの，プラズマが流入する

C-Mod では，X ポイント・ターゲット・ダイバータの有上流方向が非対称の場合におけるHarris解に代わる新しい効性，I モードプラズマのコア乱流の軽減，LH 入射による平衡解の構築など，「そもそも論」にまで踏み込んだ興味

エッジ／SOL 乱流の抑制およびトロイダル回転への影響深い研究が報告されている．などの報告があった．特に LH 入射によるトロイダル回転

次にジェット関連の講演について紹介する．ジェットもへの影響につての報告では，コアの !分布に依存してトロ磁気リコネクションと同様に，ブラックホールや原始星かイダル回転の方向が変化することが観測されている．トロら実験室まで，様々な物理条件で発生している現象であ

イダル回転の方向は，!!!"の放電ではプラズマ電流と反る．以下では，高エネルギー密度プラズマのジェットに関対向きに，!!""ではプラズマ電流と同じ向きになっていして，実験とシミュレーションによる興味深い研究報告がる．この回転の変化は，磁気シアの依存性を通じた残留応あったので，それぞれ紹介したい．

力の極性の変化と一致していることが示された．

E. Merritt 氏（LANL）らは，超音速アルゴンプラズマのDIII-D では，ITER の物理ベースに貢献する研究として２本のジェットを斜めに合体させる実験について報告をRMP による ELM およびペデスタル制御，ディスラプショ行った．この実験は，このようなジェットを使って内側にン回避，ELM のない QH モードなどの報告があった．特に崩壊する球状プラズマ・ライナーを形成できるかどうかを静的非対称磁場をプラズマに印加することによって，QH評価して，高エネルギー密度物理へ応用することを目的とモードが維持されている．ピーリング・バルーニングモーしている．実験では，準衝突的状況から完全衝突状況までドの安定性解析によって QH モードの運転にはエッジでののプラズマショックについて高い空間解像度で計測が行わ十分なトロイダル回転シアが必要であることが示されておれた．密度の増加や定性的な形状は，ショックの流体力学り，最近の実験で静的非対称磁場によって生じる新古典ト理論やシミュレーションと一致していることが確かめられロイダル粘性によるプラズマ電流と反対向きのトルクが，た．しかし，プラズマ・ライナーを形成する上で好ましい必要なエッジ回転シアを生成することが示された．

電子温度の急上昇は観測されなかった．

NSTX では，コンパクト核融合科学施設設計をめざした

P. Gourdain 氏（Cornell Univ.）は，磁化された高エネル完全非誘導運転を達成するための次期装置NSTX-Uの現況

ギー密度プラズマのジェットにおける Hall 物理の役割につと研究計画，ディスラプション回避のための RWM とプラいてシミュレーションで調べた結果を報告した．これまでズマ回転の制御，非誘導電流立ち上げ，高温液体リチウムの研究で，極限条件における流れをもった物体の基礎的なプラズマ対向機器，H モードにおけるエネルギー閉じ込め物理機構の理解が進められ，コリメイトされたプラズマと輸送の衝突度依存性，ジャイロ運動論的シミュレーショ

ジェットの形成や安定化で磁場が重要な役割を果たしていンによるマイクロテアリングモードの解析，ペデスタル Hることがわかった．ブラックホールや原始星から発生するモードの理解の進展などの報告があった．特に同軸ヘリシジェットでも，磁場は重要な役割を果たしていると考えら

ティ入射による非誘導電流立ち上げの NIMROD コードをれる．この報告では，ジェットを取り巻く低密度プラズマ用いた MHD シミュレーションによって，閉じた磁気面のの領域では，ダイナモ効果よりも Hall 物理が支配的である

形 成 機 構 は，２方 向 の ピ ン チ フ ロ ー に よ る 2D Sweet-

ことが拡張 MHD コード PERSEUS によって示された．こParker 型リコネクションが起ることによって説明される

れは，イオンと電子が分離して，バルクなフロー速度よりことが示された．

も数桁大きな速度を電子がもつためである．この効果は Z

MST では，MHD の実証性，テアリングモードと高速イピンチのジェットにおけるキンクモードの安定性にも影響オンの相互作用，V３FIT コードを用いた 3D ヘリカル平衡を与えていることが報告された．の再構成，２色 SXR トモグラフィ・システムによる電子温（大谷，宇佐見）

度分布の計測，運動量と電流輸送などの報告があった．特２．磁場閉じ込め核融合分野に 1 MW，25 keV の NBI を用いた高速イオンの閉じ込めと磁場閉じ込め核融合分野の発表は実験から理論シミュ

安定性の研究では，高速粒子駆動不安定性が高速イオン密レーションまで幅広い研究分野が含まれているが，実験装度を制限するが，高速イオンの閉じ込めはほぼ古典的であ置 （ Alcator

C-Mod ， DIII-D ， NSTX ， ITER ， MST ，ることが示された．その他，実験と理論シミュレーション

Pegasus，C-2 など）や物理テーマ（①ディスラプションととの比較が行われ，運動量緩和やダイナモ電流駆動機構の安定性，②乱流と輸送，③高エネルギー粒子，３次元効果理解が進展している印象を受けた．の物理，④加熱，フロー，輸送，⑤安定性限界と輸送，⑥

ヘリカルプラズマでは，HSX から自発 フ ロ ー，径 電

トカマクシナリオ，輸送障壁，安定性，⑦エッジとペデス場，ブートストラップ電流の計測，LHD からマルチ・スタルなど）ごとにセッションが分かれているのが特徴であ

ケール乱流と非局所輸送の観測などの報告があった．コン

り，一つの物理現象を閉じ込め配位にとらわれることなくパクト・トーラスプラズマでは，C‐２から合体生成された包括的に理解しようとしていると感じた．閉じ込め配位別

FRC の寿命が通常の FRC のスケーリング予測を超え５msの発表件数は，トカマクが圧倒的に多いが，ヘリカル，に達し，また，NBI による加熱および維持の実験とそのシRFP，コンパクト・トーラスも多いのが印象的であり，米ミュレーションの比較が詳細に行われ，今後の進展が期待国における磁場閉じ込め核融合研究の裾野の広さを感じされる．
３１０

Information

その他，HIT-SI と HIST から小型装置の特徴を生かしたザーの間で生じ，レーザー散乱光の増大，爆縮速度の低下

ヘリシティ入射実験とその理論シミュレーションが行わにつながる．この CBET のモデリングについては Univer-

れ，２流体ダイナモ緩和機構の理解が着実に進捗している

sity of Rochester のプラズマ理論グループの貢献が大であことが窺えた．

り，招待講演で同大の J. Myatt 氏からモデリングの詳細が（神吉）披露された．CBET とレーザープラズマの大きな課題であ３．慣性核融合分野る非局所電子熱輸送のモデルを組み合わせることにより，レーザー核融合では米国の国立点火施設（National Igni-レーザーアブレーション，爆縮過程を定量的に高精度で評tion Facility: NIF）の点火に向けた実験結果が注目された．

価することができるようになった．これによりレーザーア

NIF は現在，1.8 MJ，１９２本のレーザーが完全に稼働し，ブレーションの長年の課題を一つクリアしたことになる．

ホーラム（hohlraum）ターゲットを用いた間接照射方式にまだ NIF条件に関してはビームごとのCBETの計算はできより爆縮点火実験が行われている．当初の計画であった昨ておらず，光線追跡をベースにした CBET の評価が今後の年の米国会計年度までの核融合点火に至らず，予算縮小の課題である．

憂き目にあいながらも点火実験が続けられているが，２０１３

さらに NIF 実験の大きな謎として，Missing energy 問題

年の夏以降大きな研究の進展がみられた．２０１２年までの実が報告された．即ち，シミュレーションとの比較から，験条件を変更し，レーザーのフットパルス強度を高くしレーザーエネルギーの１５％程度がどこかに消えたように見て，メインパルスまでの時間を短くした新しい高フットパえる問題が未だ解決していない．これに関しては原子過ルス条件で実験を進めた結果，爆縮性能が大幅に向上し程，非局所電子熱輸送，レーザー照射されたホーラム内壁た．圧縮燃料部に注入されたエネルギー以上の核融合出力の膨張など多くの視点から解析が報告されたが，まだ結論が得られ，20 kJ の核融合出力が得られた．効率としてはを得るにはいたっていない．

1.8 MJの入力に対して20 kJであるので，まだ１％程度であ点火に向けた NIF の今後の展開に関しては，レーザーる．しかし，より重要なことはアルファ粒子による自己加ピーク強度を高めることにより爆縮速度を 340 km/s から熱が確認され，爆縮による外部からのエネルギー注入を超370 km/s まで増加させる，ダイヤモンドアブレーターを用えて自己加熱が支配的になる領域に入りつつあることが報いて流体不安定性を抑制するだけでなく爆縮速度の増大も告されたことである．アルファ粒子加熱が外部からの圧縮めざす，最適化により流体不安定性の成長を抑制し，中性燃料部へのエネルギー付与を超えつつあり，これから先，子を少なくとも２倍に増加する，中性子を２倍に増加す

アルファ粒子加熱が点火部の加熱において支配的なることる，CBET が生じないラグビーボール型のホーラムを用いにより急速な核融合中性数の増大が見込める．２０１２年までる，さらなる先進的点火のアイデアとして高強度磁場印加の実験に比べ高いエントロピーの爆縮であるため，燃料球による熱流およびアルファ粒子のストッピングレンジを抑の圧縮に関しては，従来の低いエントロピー爆縮で 1.2 g/制するなど，多くのアイデアが発表された．

cm２であった面密度が 0.8 g/cm２と，2/3 程度に低下したが，NIF の実験以外にも University of Rochester のクライオ

これは予想されたほど大きくない．これは２０１２年までの低ジェニックターゲット爆縮，Polar Direct 爆縮，高速点火，エントロピー爆縮条件でも高速電子による先行加熱があ

衝撃波点火など多くの議論があったが，ここでは NIF の話り，実際には設計値ほど低エントロピーになっていない可題を中心にまとめた．

（砂原）

能性が指摘された．
４．プラズマ応用

一方，爆縮性能低下の最大の原因である流体不安定性については計測データの質，量が共にこの一年間で格段に進プラズマ応用の分野で，今回，特に注目すべき講演は会歩した．従来，ホーラム横の観測窓から観測していた P

議４日目午後のチュートリアル「Plasmas in Medicine」でモードに加え，ホーラムの軸方向 か ら の 観 測（M‐モーあった．プラズマ応用分野の国際会議では，近年，プラズド）の観測が始まった．目下，P，M のモード１〜モード４

マ医療に関する研究発表が急激に増大しているが，APS-を爆縮の各時刻で計測し，実験条件を入力したシミュレー

DPP においてはプラズマ物理が中心であるため，これまでションとの比較によって，爆縮が包括的に理解できるようはあまり発表されていなかったと思われる．しかしながになってきている．高エントロピー条件ではほぼシミュら，今回のチュートリアル講演では，３００人程度収容できるレーションどおりの中性子発生数が得られている．また，比 較 的 大 き な 会 場 の７〜８割 は 聴 衆 で 埋 ま っ て お り

流体不安定性と並び，もう一つの大きな話題はビーム間の（図３），プラズマ医療への関心の高さが伺われた．講演

エネルギーのエネルギー輸送（Cross-Beam Energy Trans-

は，D. Graves 氏（Uni.California，Berkeley）により Lowfer : CBET）であった．NIF ではホーラムの両端から多数のTemperature Plasma Medicine と題して行われた．これまレーザービームを２つのバンドル角度で入射しており，イでのプラズマ医療研究の歴史がレビュー的に紹介され，そオン音波を介したブリルアン不安定性により，一方のバンの後，最近の成果である低温プラズマジェットによる，がドルから他のバンドルへとレーザーエネルギーが移る．こん治療，創傷治癒，殺菌・滅菌について報告された．また，れによって，実効的にレーザーのポインティングが移動

これらの作用には低温プラズマ中で生成される活性酸素種し，照射不均一性の原因となる．この CBET は NIF だけで（Reactive Oxygen Species: ROS）と活性窒素種（Reactiveなく，直接照射型のレーザーでも入射レーザーと反射レー

Nitrogen Species: RNS）が重要な役割を果たしており，こ３１１

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的に均一なプラズマを実現できることなどを，詳細な計算結果を用いて示した．また，S. Shankar 氏（Intel Corporation）による講演は，新しいモデリングと評価技術を開発することでナノスケール物質の特性を理論的に予測し，新規ナノ複合物質創製をめざすという挑戦的な内容であった．これらの報告のように，企業では実験を行う前にモデリングにより最終生産物を予想し，プラズマプロセスを最適化することで，生産コストを削減することが重要な課題となっている．一方，実験研究に関しては，筆者が講演し，気液界面プラズマ（液体と接触する非平衡プラズマ）を用いたナノ粒子とカーボンナノチューブの複合物質創製につ
図３いて，その合成手法とナノエレクトロニクスやバイオ・医Plasmas in Medicine のチュートリアル講演会場の様子．

療分野への応用展開について紹介した．
れらの活性種のプラズマ中での挙動についてのシミュレー

上記の他にも，「Low Temperature Plasma Science, En-ション結果を紹介するとともに，今後はプラズマ中の紫外gineering, and Technology」のセッションでは，大電力マ線，電場，荷電粒子なども考慮した解析が必要であること

イクロ波放電プラズマおよび高周波放電プラズマにおいてが示された．将来展望として，この低温プラズマは，医療複数種のガスを混合することによって放電電圧が低下するのみならず，農業，食品，ヘルスケア等の分野にも大きくこと，バイオ医療応用をめざした非平衡プラズマ中に過酸拡がっていくことが強調された．

化水素を導入することで上述した ROS や RNS および水酸

そ の チ ュ ー ト リ ア ル の 直 後 に，「Technology Applica-基ラジカルを多量に生成可能であること等が報告され，新tions of Plasma and Charged Particle Beams」セ ッ シ ョ ン

規材料合成や高効率殺菌に対して有用な技術であることがで，プラズマ応用分野の４件の招待講演が行われた．特筆示された．いずれも大気圧領域で生成されたプラズマをすべきは，４件中３件が企業の研究者による講演であり，扱っており，今後もウェットな環境である生体細胞への適実 際 に 実 用 化 さ れ て い る 技 術 に つ い て 報 告 さ れ た．

用等も視野に入れると，大気圧領域でのプラズマに関するA. Agarwal 氏（Applied Materials Inc.）は，半導体産業に研究はますます重要になってくると考えられ，そのような不可欠なプラズマプロセスシステムの最適な形状等を解析

プラズマ中での基礎的な物理現象を解明することが望まれできる３次元のプラズマモデリングについて報告した．容ている．

量結合プラズマおよび誘導結合プラズマを生成する高周波（金子）（原稿受付：２０１４年２月７日）の周波数を 60 MHz まで増加させることで，高密度で空間３１２