トカマク型

トカマク型磁気閉じ込めについて

概要

トカマク型（Tokamak）は、核融合炉の実現を目指す技術の一つであり、超高温のプラズマを効果的に閉じ込めるための磁気閉じ込め方式です。具体的には、多くの国で現在進行中の国際熱核融合実験炉ITER（イーター）をはじめ、数多くの核融合実験装置で用いられています。

磁場の構造

トカマクの基本的な構造はドーナツ型の真空容器で、ここに強力な磁場を発生させてプラズマを閉じ込めます。電磁石によって形成される磁場の配置は、プラズマの高温維持と流出を防ぐために非常に重要です。トカマク型では、主に三つの種類のコイルを使用します。

• - トロイダルフィールドコイル（TFコイル）: トラブル無しにプラズマをドーナツ状にまとめるために使用される。
• - ポロイダルフィールドコイル（PFコイル）: 内側の圧力を確保し、プラズマが膨張しないようにする役割を担う。
• - センターソレノイドコイル（CSコイル）: プラズマ内にトロイダル方向の電流を誘導して、持続的な磁場を生成する。

磁場の生成とプラズマの特性

プラズマ中のトロイダルフィールドコイルによって作り出されたトロイダル磁場は、ドーナツの内部を周回するように形成されます。この状態で、CSコイルから流れる電流はプラズマにトロイダル方向の電流を誘導し、プラズマ自体が磁場を生成します。こうした相互作用により、複雑な磁場が形成され、プラズマの安定性が確保されます。

プラズマ中の電流が、ポロイダル方向に新たな磁場を生み出し、これにより全体の磁場がねじれた形状となります。このねじれた磁場は、プラズマの散逸を抑える効果を持ちます。特に、プラズマの外周側では内周側に比べてトロイダル磁場が弱くなるため、ポロイダルフィールドコイルによって強化し、プラズマが外部へ漏れ出すのを防ぐ工夫がなされています。

課題と問題点

トカマク型磁気閉じ込めの技術には、いくつかの挑戦があります。まず、ドーナツの中心から離れるほど磁場が弱くなるため、プラズマに含まれる粒子が外へ移動しやすくなります。これにより、プラズマの保持が困難になるのです。また、粒子同士が衝突することで形成される「プラズマ汚染」や、放射化、炉壁の冷却に関する問題も考慮しなければなりません。

さらに、プラズマ周囲の磁力線のひねり方や電流の流れ方に関する工夫も求められます。これにより、プラズマの安定性が向上し、長時間の閉じ込めが可能となります。

知識と歴史

トカマク型は1950年代にソ連の科学者イゴール・タムやアンドレイ・サハロフによって発表された技術です。名称はロシア語の「トロイダルカメラと磁気コイル」に由来します。プラズマ自身の電流で磁場を生成するという独特なアプローチは、当初疑問視されていましたが、T-3トカマクでの成功を契機に多くの研究が進められるようになりました。

トカマク型技術の将来

トカマク型は、核融合エネルギーの実現に向けた重要なカギを握っており、多くの国が関連する実験装置を構築・運用しています。例えば、国際熱核融合実験炉ITER、韓国のKSTAR、アメリカのJT-60などがあり、これらの研究結果が将来の核融合炉建設に向けての重要なデータとなっています。

このように、トカマク型磁気閉じ込めの技術は、核融合炉実現に向けた主要な研究領域として今後も発展し続けるでしょう。

もう一度検索