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LHDで達成したプラズマパラメータ

将来の核融合炉の炉心プラズマには、燃料となる重水素と三重水素の持続的な核融合反応を起こすために、1億2千万度以上のイオン温度と、1 cm3あたり100兆個以上の密度が同時に求められます。LHDは1998年3月31日のファーストプラズマ点火から20年間の軽水素を用いた実験で、プラズマの性能をこの条件に近づけてきました。イオン温度は2017年3月より始まった重水素を用いた実験で、1 cm3あたり13兆個の中心密度のプラズマで、1億2千万度を達成しました。密度については、核融合に必要な条件の10倍以上となる1 cm3あたり1200兆個の中心密度を、300万度という低い温度ながら達成しました。また、核融合炉の経済性を左右するβ値(プラズマ圧力と磁場の圧力の比)をヘリカル方式では世界で初めて5 %以上に高めることに成功しました。下の表に、LHDでこれまで得られたプラズマパラメータの達成値を示します。これらの記録は、加熱パワーの増強を主とする装置の改良、最適化等に加えて、様々な学術研究の進展に支えられています。LHDで開発された先進的なプラズマ計測装置を用いた詳細な実験データ解析や、計算機シミュレーションを用いた理論研究が、国内外の大学・研究機関との共同で行われています。

大型ヘリカル装置の主なパラメータ

プラズマ性能LHD達成値LHD最終目標値
イオン温度1億2000万度
(密度13兆個/cm3
1億2000万度
(密度20兆個/cm3
電子温度2億3000万度
(密度2兆個/cm3
1億2000万度
(密度16兆個/cm3
1億2000万度
(密度20兆個/cm3
密度1200兆個/cm3
(温度300万度)
400兆個/cm3
(温度1500万度)
β値5.1 %
(磁場0.425 T)
4.1 %
(磁場1.00 T)
5 %
(磁場1-2 T)
プラズマ持続時間54分(0.5 MW)
48分(1.2 MW)
1時間(3 MW)