エッジローカライズモード

エッジ局在モード（ELM）は、高閉じ込めモードにおけるエッジ輸送障壁の周期的緩和により、トカマクプラズマのエッジ領域で発生するプラズマ不安定性である。各ELMバーストは、閉じ込められたプラズマからスクレイプオフ層への粒子とエネルギーの排出を伴う。この現象は、1981年にASDEXトカマクで初めて観測された。 [ 1 ]モデル方程式における反磁性効果は、抵抗性MHDモデルと比較して、繰り返し鋸歯状波の解を復元できるパラメータ空間のサイズを拡大する。[ 2 ] ELMは、原子炉のエネルギーの最大20%を排出する可能性がある。[ 3 ]

問題

ELM は、トカマクを用いた磁気核融合研究において大きな課題です。その不安定性により、次のような問題が発生する可能性があるからです。

予防と管理

ELMによる被害を軽減するために、様々な実験やシミュレーションが試みられてきました。その手法には以下のようなものがあります。

  • 容器内の電流搬送コイルを用いた共鳴磁気摂動（RMP）の適用により、ELMを除去したり弱めたりすることができる。[ 6 ]
  • ペレットを注入して頻度を上げ、ELM バーストの深刻度を軽減します ( ASDEX アップグレード)。
  • トカマク内での複数の小規模ELM（000秒/秒）は、大規模なELMの発生を防ぎ、関連する熱をより広い領域と間隔に分散させる[ 7 ]
  • プラズマ密度を増加させ、高密度ではプラズマを閉じ込める磁力線のトポロジーを調整する。 [ 8 ]

歴史

2003年にDIII-DはELMを制御するために共鳴磁気摂動の実験を開始しました。[ 9 ]

2006年、ELMサイクルの始まり、高度に非線形な段階、そしてその衰退を含む完全なELMサイクルをシミュレートする取り組み（プロジェクト・アスター）が開始されました。しかし、これは「真の」ELMサイクルとは言えませんでした。真のELMサイクルを実現するには、第二のELMを生み出すために、暴落後の緩やかな成長をモデル化する必要があったからです。

2011年末現在、いくつかの研究施設がトカマクプラズマにおけるELMの能動的な制御または抑制を実証している。例えば、KSTARトカマクは、この目標を達成するために、特定の非対称3次元磁場構成を採用した。[ 10 ] [ 11 ]

2015年には、ELMサイクルの繰り返しを実証する最初のシミュレーションの結果が発表されました。[ 12 ]

2022年、研究者たちはJETで小型ELM仮説の検証を開始し、この技術の有用性を評価しました。[ 7 ] [ 3 ]

参照

  • 共鳴磁気摂動 – トカマクのエッジ不安定性を制御するために使用される非軸対称磁場、ELMを制御するために使用される
  • プラズマ不安定性 – 平衡状態にあるプラズマ系を乱すことで不安定になる程度リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
  • トカマク – 熱核融合発電に使用される磁気閉じ込め装置

参考文献

  1. ^ F., Wagner; AR, Field; G., Fussmann; JV, Hofmann; ME, Manso; O., Vollmer; José, Matias (1990). 「ASDEXにおけるHモード研究の最近の結果」.第13回プラズマ物理および制御核融合国際会議: 277–290 . hdl : 10198/9098 .
  2. ^ Halpern, FD; Leblond, D; Lütjens, H; Luciani, JF (2010-11-30). 「トカマクプラズマにおける内部キンクモードの振動領域」.プラズマ物理と制御核融合. 53 (1) 015011. doi : 10.1088/0741-3335/53/1/015011 . ISSN 0741-3335 . S2CID 122868427 .  
  3. ^ a b Choi, Charles Q. (2022年10月20日). 「制御されたカオスが無限のクリーンエネルギーへの鍵となるかもしれない」 . Inverse . 2022年10月26日閲覧。
  4. ^ Lee, Chris (2018年9月13日). 「3次元構造がトカマク核融合炉の壁破壊不安定性回避に寄与」 Ars Technica . 2018年9月17日閲覧。
  5. ^ Leonard, AW (2014年9月11日). 「トカマクにおけるエッジ局在モード」. Physics of Plasmas . 21 (9): 090501. Bibcode : 2014PhPl...21i0501L . doi : 10.1063/1.4894742 . OSTI 1352343 . 
  6. ^ TE Evans; et al. (2008). 「ITERと同様の形状と衝突性を持つDIII-DプラズマにおけるRMP ELM抑制」 . Nucl. Fusion . 92 (48) 024002. Bibcode : 2008NucFu..48b4002E . doi : 10.1088/0029-5515/48/2/024002 . hdl : 11858/00-001M-0000-0026-FFB5-4 . S2CID 54039023 . 
  7. ^ a b Harrer, GF; Faitsch, M.; Radovanovic, L.; Wolfrum, E.; Albert, C.; Cathey, A.; Cavedon, M.; Dunne, M.; Eich, T.; Fischer, R.; Griener, M.; Hoelzl, M.; Labit, B.; Meyer, H.; Aumayr, F. (2022-10-10). 「核融合炉における準連続排気シナリオ：微小エッジ局所モードの復活」 . Physical Review Letters . 129 (16) 165001. arXiv : 2110.12664 . Bibcode : 2022PhRvL.129p5001H . doi : 10.1103/PhysRevLett.129.165001 . PMID 36306746 . S2CID 239768831 .  
  8. ^ 「核融合炉の不安定性はプラズマ密度と磁場を調整することで最適化できる」 Physics World 2022年11月4日。
  9. ^ TE Evans; et al. (2004). 「確率的磁気境界による高閉じ込めDIII-Dプラズマにおける大規模エッジ局在モードの抑制」 . Physical Review Letters . 92 (23) 235003. Bibcode : 2004PhRvL..92w5003E . doi : 10.1103/PhysRevLett.92.235003 . PMID 15245164 . 
  10. ^ Kwon, Eunhee (2011年11月10日). 「KSTAR、ELM抑制成功を発表」 . 2011年12月11日閲覧。
  11. ^ Park, Jong-Kyu; Jeon, YoungMu; In, Yongkyoon; Ahn, Joon-Wook; Nazikian, Raffi; Park, Gunyoung; Kim, Jaehyun; Lee, HyungHo; Ko, WonHa; Kim, Hyun-Seok; Logan, Nikolas C.; Wang, Zhirui; Feibush, Eliot A.; Menard, Jonathan E.; Zarnstroff, Michael C. (2018-09-10). 「トカマクプラズマにおける3次元場位相空間制御」. Nature Physics . 14 (12): 1223– 1228. Bibcode : 2018NatPh..14.1223P . doi : 10.1038/s41567-018-0268-8 . ISSN 1745-2473 . OSTI 1485109。S2CID 125338335。   
  12. ^ Orain, François; Bécoulet, M; Morales, J; Huijsmans, GTA; Dif-Pradalier, G; Hoelzl, M; Garbet, X; Pamela, S; Nardon, E (2014-11-28). 「非線形MHDモデリングによるエッジ局所モードサイクルと共鳴磁気摂動による緩和」(PDF) .プラズマ物理と制御核融合. 57 (1) 014020. doi : 10.1088/0741-3335/57/1/014020 . ISSN 0741-3335 . S2CID 44243673 .  

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