磁気ミラー型

磁気ミラー型核融合炉:原理と展望



磁気ミラー型は、核融合反応を実現するためのプラズマ閉じ込め方式の一つです。直線状の磁場を利用し、強力な磁力によってプラズマを閉じ込める仕組みとなっています。その構造は、磁力線の密度が高い領域(磁気ミラー)を両端に配置し、その間にプラズマを閉じ込めるというものです。

閉じ込め機構



最も単純な磁気ミラー装置は、同方向に電流を流した環状コイルを対にして配置することで作られます。プラズマ粒子は、磁力線に沿って運動しますが、磁気ミラー領域に近づくと、磁力線の密度が高くなるため、粒子の運動方向が変化し、跳ね返されます。このように、磁気ミラーによってプラズマ粒子は閉じ込められます。

しかし、この単純な構造では、プラズマの不安定性によって多くの粒子が磁場から漏れ出てしまうという問題がありました。そこで、より複雑な磁場構造、例えば極小ミラー磁場などを用いることで、プラズマの閉じ込め効率を高める研究が進められています。

磁気ミラー型の発展:タンデムミラー型



磁気ミラー型を改良した方式として、タンデムミラー型があります。これは、複数の磁気ミラーを直列に配置し、さらに端部の電位を高めることで、プラズマの端からの損失を抑制するものです。電位による閉じ込め効果を追加することで、より効率的なプラズマ閉じ込めを実現しています。

磁気ミラー型の利点



磁気ミラー型は、他の核融合炉方式であるトカマク型と比較して、いくつかの利点があります。

容易な保守・整備: 炉の配置が直線状であるため、トカマク型のような複雑な構造とは異なり、保守や整備が容易です。
直接発電の可能性: D-3He核融合反応では、開放端から荷電粒子が放出されるため、この荷電粒子を利用して直接発電を行うことが期待されています。
推進装置への応用: 磁気ミラー型の技術は、宇宙船などの推進装置への応用も期待されています。プラズマからの噴射を利用することで、高効率な推進システムを構築できる可能性があります。

磁気ミラー型の欠点



一方で、磁気ミラー型には欠点も存在します。

端損失: トカマク型は閉じた磁場構造であるのに対し、磁気ミラー型は両端に開放端を持つため、プラズマ粒子が端から漏れ出てしまうという問題があります。これは、核融合反応を持続させる上で大きな課題となっています。

代表的な装置:GAMMA 10



磁気ミラー型核融合炉の研究開発において、筑波大学のGAMMA 10は重要な役割を果たしています。GAMMA 10は、長年にわたる研究によって、プラズマ閉じ込め技術の向上に貢献してきました。

まとめ



磁気ミラー型は、その独特の構造と利点から、核融合エネルギー実現への重要なアプローチの一つです。端損失という課題はありますが、技術革新によってその克服が期待されており、将来、核融合エネルギーの利用や宇宙開発など、幅広い分野への貢献が期待されています。今後の研究開発の進展に注目が集まっています。

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