ユニット構築会議／学術実験プラットフォーム検討会議（第 14 回） 議事録
⽇時：2021 年 7 ⽉ 19 ⽇（⽉） 13:15-15:40
場所：オンライン
議事：•お知らせ• 研究テーマ紹介• 激変環境の物理（陰⼭聡／神⼾⼤学）• プラットフォームに関する話題提供• Post LHD に関する可能性の論理的整理（所⻑）• LHD の常伝導運転に向けた検討 −2−（森崎友宏）• 0.5 T 運転 LHD の研究プラットフォーム化に対するコメント（東井和夫）• 常伝導 LHD における研究テーマについて（永岡賢⼀）• 次回予定（2021 年 7 ⽉ 26 ⽇（⽉） 13:15-15:15）
書記：⽥中，川⼿
以下：敬称略

研究テーマ紹介（質疑のみ記載）
u 激変環境の物理（陰⼭聡／神⼾⼤学）
永岡: 液体⾦属を対向流で回したときに、⼤規模な磁場の反転が観測される実験があったが、プラズマを⽤いるインパクトは？
陰⼭: 液体⾦属は確かに逆転が起きているが、綺麗な逆転ではない。双極⼦磁場がある程度安定に存在して、それがひっくり返る地球磁場の逆転を⾒たい。液体⾦属を使った実験について概算すると、ガリウムが⼤量に必要であり、重くて⽀え切れる壁がないと思われる。プラズマは軽くて電気抵抗が低く、圧倒的に良い素材と考える。
永岡: プラズマでもなかなか難しいというウィスコンシンの実験の印象である。実験体系をみると回転をさせればよいという実験系に⾒えたが、それができればファーストステップになるのか。
陰⼭: 液体⾦属と違い、装置全体を回転させるのではなくて、内部に⾓運動量を外から注⼊する。回転流を作ること、および斜め⽅向によりヘリシティを注⼊することがポイント。
柳: この１〜２年の話になるが、4 万 2 千万年前に地磁気 0 の時期 1000〜2000 年があり、ネアンデルタール⼈の絶滅に関する議論がある。まさに環境の激変である。この研究も重要になると感じている。マグネットについて、参加できそうなポイントだが、⼤きさ、必要な磁場、固定⽅法などのイメージは？
陰⼭: 定量評価がまだできていない。プラズマジェットのスピードと密度を想定し、それに対して必要となる磁場強度が計算できていない。運動量の⼒積から極⼤値は計算できるので、上限を考えればそれほど強い磁場はいらない。永久磁⽯でも可能。
吉⽥: テーマとして激変環境は⼤きなもの。ダイナモの極反転は未解決なもので、実験的に検証を⾏うのは重要だが、「激変環境」という⼤きなものに対する本質的な貢献の具体的な部分はどこか。ベーシックなサイエンスとして環境というキーワードは⼤きな関⼼を引くが、地磁気がいつか反転するというのは、キーワードから喚起されるイメージからちょっと遠いのでは。これをやると何か⼀般的な知⾒が得られるのか、というところの具体性は？
陰⼭: 直接は繋がっていない。「環境」という⾔葉を⽤いたのは、⻑期的な学⾨的、技術的な備えを核融合研に外部から期待しているため。
「⻑期」というのも⾮常に⼤きなキーワードとして⼤事になっていくのではないか。ダイナモの逆転にこだわっているのではなく、激変というのが短期のものでも構わないと考える。現在のパンデミック（コロナ禍）も今回のモチベーション。⼈類や⽂明がいかに簡単に終わってしまうか、という可能性を感じる。学問として、基礎科学として何かできるかを考えた時に地磁気逆転を通じて物理のエッセンスを抜き出し、100 年〜200 年程度の短期の激変に対する⽰唆を与えられれば良いと考える。間接的につながっていると思っている。
吉⽥：学術研究機関に期待されているテーマと思われるので、さらにいくつか中⾝が充填されていくと⾮常によいテーマになると思う。
プラットフォームに関する話題提供
u Post LHD に関する可能性の論理的整理（所⻑）u LHD の常伝導運転に向けた検討 −2−（森崎友宏）
鈴⽊(康): これまで通りのメーカーではコストが⾼いと考えられるが、その考えかたは？ また常伝導で LHD を動かす場合、新しい研究課題として磁場配位を⾼速掃引する、RMP を⾼周波でかける等が考えられると思うが、可能性は？
森崎: 常伝導化について技術部と相談中、かなりの部分を技術部と研究部の所員で⾏うことを考えている。安全等メーカーに任せなければならない部分以外は、所員で⾏うよう⾮公式で検討を進めている。装置の flexibility について、RMP 電源が使えることと RMP 電流値が下がるために安価な電源が利⽤可能。コイルの⾼速掃引は熱・⼒を考える必要があるが、コイルのつなぎ変えに関しても⾃由度があると考えられる。

横⼭: デコミ計画は常伝導運転が始まると、先送りか？同時並⾏か？また、今は六⼗数⽇となっている年間の実験スケジュールは拡⼤されるのか？
森崎: デコミは慎重に決められた通り⾏う。そのためには規制庁・地元との相談が必要であり、デコミはすでに始まっていると考えている。データを早めに外に随時発信する必要がある。実験スケジ
ュールは予算次第。朝電源を⼊れて、夜電源を落として冷やすような運転になるため、柔軟性は⾼い。
⽥中(将): 排ガス処理装置は今後も動かし続けるのか？
森崎: 放射線管理についてはまずは所内で議論が必要。早めに⽌める⽅向にしたい。
⽥中(謙): 今後すべて⾃分たちがやっていくとなると、今でも所員が現状忙しすぎて考える時間がないうえに、さらに研究以外の負担が⼤きくなる。研究に対するコストパフォーマンスを考える必要がある。⼀⽅で、学⽣の教育を前⾯に出す、という可能性があるのではないか。⼈材供給という点では、0.5T の装置でも可能性があるのではないか。
森崎:そんな思いまでしてやりたくない、という⼈も出てくるだろう。 GO がかかった場合は、技術部・研究部で慎重に議論する必要がある。

柳（コメント） 超伝導で運転すると、⾼速磁場掃引時に交流損失が問題になる。常伝導だと交流損失の問題がないため、⾼速磁場配位変更等は楽になるのではないか。電圧のほとんどはコイルの常伝導抵抗による電圧降下分を補償するためとなり、⾼速でいろいろと変えられる余地はでてくる。
柳（コメント）: 0.5T の液体窒素温度での運転を考えたが、5 億円くらいはかかり、捻出が難しい。
常伝導化は当初改造が必要かとも思ったが、LHD 本体の改造はそれほどないと理解している。⼀度⼤きな改造を⾏うと元に戻せなくなる可能性があるため、LHD 本体の改造はしたくない。周辺の改造のみととらえており、実現可能性は⾼いのではないか。
今川（コメント）: 電磁⼒⽀持構造に 0.5 秒くらいの時定数があるので、不整磁場ができてしまうので、そちらで決まる。
柳：フラットトップを何秒持ってくるかというところで検討が必要。
宮澤:0.5Ｔのために、 細いヘリカルコイルに２kA の⼤電流をながせるのか？100ｓｑ（100mm2）くらいしかないところに可能か？
森崎: 発熱する時間による。定常は流せない。10 秒が Max。
今川: CHS は電流密度 50Ａ/mm2 で矩形波換算 2 秒。それに対して温度上昇は⼗数Ｋ。ヘリカルコ
イルは銅に流れることになり 200mm2 くらい断⾯積があるので、10A/mm2 となり、CHS より電流密度は 1/5。温度上昇は電流密度の 2 乗で効くので、10 秒流しても温度上昇は数℃。どのくらいの時間で冷やせるか、冷却が検討課題。
宮澤：コイルが⻑いので抵抗も⼤きくなる。絶縁は持つ？
今川：そこには電圧の上限がある。5 秒かけてあげるというのは電圧のリミットもある。
宮澤：0.5T まで⾏けば⾼βプラズマの実験にはなるのではないか。
森崎: 私も絶縁が⼀番気になり、ブロック間絶縁は回避できるような想定。

吉村(泰): 常伝導運転になると、本体室へのアクセスが楽になる、というのは、管理区域設定は今のままで、夜の⼊室が楽になるという意味か？
森崎:しかるべき⼿続きをとって、管理区域の設定を緩和させられないかという希望的観測。放射性物質は新たに発⽣しないということがある。
吉村(泰): 「予算が採択されれば」という予算は、⼤型プロジェクトではない別の予算？
吉⽥: フロンティア促進事業が 2022 で終了する。ロードマップに載っていないものをフロンティアに乗せることはできない。可能性があるのは、⽂科省が仮称として⽤意している学術研究基盤事業。
研究のプラットフォームの整備を⾏うためのものであり、SINET(インフラ)を想定したもの。
SINET は今までフロンティア促進事業で予算化されているが違和感があり、これを基盤のものに持って⾏こうというものであり、これの可能性を探っている。論理的には成⽴する。もしそれが獲得できれば、LHD を学術基盤として整備する。実験プロジェクトは⼤型科研費等の別予算を取ってきてうごく。数⼗億ごえはマスタープラン、ロードマップになる。そのための基盤を残しておく必要がある。そのためには⼤きなプロダクトを⽣むもので無いと根拠として成⽴しない。⽬的意識を切り替えていく必要がある。新しい⽬的を具体的に出していく。ユニットでは学術的な研究テーマを議論しており、プラットフォームの議論が表裏の関係となる。

吉村(泰): SINET の予算は減らずに、新たな増額として認められる可能性があるのか。
吉⽥: SINET はロードマップに載っている事業であり、フロンティアでも可能だが違和感があり、学術基盤のフレームワークに切り替えることが考えられている。LHD はロードマップから外れるが、ロードマップから外れたものは退場しないといけない。フロンティアは無理だが、別の名⽬で予算獲得が可能かは極めて難しい。理論的には交渉可能であるが、予算のパイとしては難しい交渉を考えている。

中野: 超伝導棟、総⼯棟、スパコンなど様々なプラットフォームも基盤事業として扱えるか。
吉⽥: 基盤事業に新規のものを⼊れるのは無理。基盤事業に関するものは、フロンティア促進事業のマネージメントに関する⽂書が⽂科省のホームページで出ている。基本的に学術会議のマスタープランを通過して、⼤型事業のロードマップに記載されたものが対応。2020 まで LHD は記載されていたものであり、該当している。それ以外の⼤型機器は基盤事業に⼊ることはできない。
中野: 超伝導棟、スパコン、炉⼯設備などは LHD を⽀援する装置の⼀部という認識であったが、基盤事業の扱いにはならないのか
吉⽥: スパコンは運営費交付⾦。基本的に LHD、フロンティア促進事業にかかわるものに限られる。
そのほかのものを Piggy-back で引っ掛ける事は不可能。実情は電気代に⾄るまで LHD に依存していた部分があるが、基本的にそこは 0 になる。唯⼀可能なのは、LHD を基盤化すること。

u 0.5 T 運転 LHD の研究プラットフォーム化に対するコメント（東井和夫）
⽥中(謙): 0.5T 以下の運転で、今まで⾏われていないけれど⾯⽩そうな実験のアイデアはあるか
東井: 今までの繰り返しではない、という議論については、前に経験があって、その時に解析ツールやシミュレーション結果が整っていないときに、こういったことが起きましたよ、観測しましたよ、という話だったが、それらをピシッとできれば、繰り返しではないのではないか。このようなプラズマができますよ、というのがあれば、そこに持ち込める可能性はある。
⽥中(謙): 同じような実験でも、計測を充実させるなり、理論の成果により検証するなどが考えられる。
東井: それをもう少し⾯⽩くするためには、電磁的な乱流などもある程度出てくれば、最先端の話。
低磁場になって、今ある計測器で精度が落ちたり、使えないものがいくつかあるのではないか。よく議論が必要。
⽥中(謙):以前の低磁場の実験は charge exchange は⼊っていなかった？イオン温度の精度はどの程度であった？
東井:私はわからないが皆さんがそのあとでやっているのではないか。
⽥中(謙):理論計算との⽐較はイオン温度が必須なので。
東井：CXRS が 0.5T でも⼗分使えていますよというのは、あるのか？モーショナルシュタルクエフ
ェクトでラインのシフトが⼩さくなるからオーバーラップして精度が落ちないか？
居⽥：MSE と charge exchange は全然原理が違う。
東井： V x B が⼩さくなるので、Line shift が⼩さくなって、どうだろうか？測れるなら⾮常に有効。
居⽥: 計測上問題ないが、低磁場の時には加熱には perpendicular が寄与しないため、あまり⼊れてこなかった。計測と割り切れば⼊れてもよいと思う。Beta パワーが増えた分だけ confinement としては悪くなるというのもあったので、あまり低磁場でショートパルスの charge exchange ⼊れた実験はあまりなかった。
東井：逆に⾔うと加熱が無くて、ただビームが⼊ってくれて、計測につかえるというのは逆にメリットが出るのではないか。今まで使われてなかったら、だれかこのサイクルで使って、検証した⽅が良いのではないか。
居⽥:計測⽤にショートパルスを⼊れるというのは最近 ECH プラズマでもやるようになったが、あまりやりたがらない。charge exchange は低磁場になったから測れないというのはない。High beta
実験として密度をあげると測りづらくなる。低磁場＝high beta =⾼密度という流れで⾏くと、測りにくいが、低磁場で測りにくくなるわけではない。
⽥中(謙):イオン温度として 500eV 以下くらいになるが、それも問題ないか？
居⽥:プラズマの周辺の低い温度も測れている。0.5T になっても密度を上げないといけないということはないと思うので、低磁場低密度であれば測れると思う。
東井: 低磁場計測⽤に CXRS がやれるということであればよいこと。ECE は周波数帯が違ってダメかなと思ったり、このあたりを洗い直せば、0.5T パルス運転に対してある程度のことはできる。
High beta と⾔わなくても１％以上になれば、電磁的な効果が乱流に現れるであろうから新しい領域にチャレンジできる。
居⽥:Energetic particle の実験を低磁場でやるときに、密度が上がるのが嫌で perpendicular を⼊れなかった⼈が多かった印象を持っている。
東井:アルヴェン固有モードの時は確かに low density にすることとビーム速度がアルヴェン速度くらいになるように、energy の⾼い接線ビームを使っていた。データがいるからと垂直ビームを⼊れた時もあるかもしれない。
⻑壁: 垂直ビームを⼊れるとプラズマ⽣成の歩留まりが悪かった。垂直ビームが持ち込むガスのせいで。
東井:計測器としてどれが使える、使えないというのをやれば、装置の⽅はどうなるかはこれから検討すれば、シナリオはできてくるのではないか。
居⽥:計測よりも運転のやりやすさを優先したという印象。
永岡: 揺動計測の進展等も新しい展開の切り⼝になるだろう。
今川コメント:LHD は 3T を 20 秒で遮断するというのは厳しいというのはわかっている。３T からの 20 秒遮断よりは、磁場変化率が⼩さいので、0.5T、 5s であれば、余裕があると考えられる。繰
り返す回数が増えるため、改めて評価が必要。
吉⽥: ⽬的をずらせば、あたらしい価値のある実験が出てくる。温度やβ等のパラメータの追求とは違った、様々な学術テーマを通っていけば、装置のポテンシャルを⽣かせるであろう。東井先⽣の有名な仕事として揺らぎのサイスモロジーがあって、とりわけ 3 次元系の中で particle の kinetic な効果が効いているような領域の揺らぎのスペクトルから内部を調べていく話があったと思うが、やり残した事、⼤きな課題として⾯⽩いことはあるか。
東井: 不安定性の関係と磁場の⼊れ物の健全性は 3 次元プラズマでどうなるかというところが⾯⽩いが、理論ではいろいろ沢⼭出ているが、実験でどう⾒えるかというところ。最近は、データ駆動サイエンスの話もある。いつでも新しいアイデアをテストできるという意味では⾮常に良い。トカマ
クより使いやすいと思う。
吉⽥:理論やシミュレーションからもいろんなテーマ、乱流や wave-particle interaction や様々なプラズマ中の揺らぎに関する提案、最近のデータ駆動の話もある。サイスモロジーといったが地震学もいろいろやっているが、プラズマの場合ははるかに複雑な分散系の話をやっている。
東井: MHD モードの周波数スペクトルの様⼦から、プラズマの中⾝を知ろうというところで、少しずつ進歩している。トーラスプラズマは⾮常にたくさんの不安定性がでるので、それをうまく使うとプラズマの中⾝の情報が出るのではないかと考えたり、昔のデータを解析したりしている。
吉⽥: ぜひ積極的に参加してほしい。

u 常伝導 LHD における研究テーマについて（永岡賢⼀）
は来週に延期