トカマク物理実験（TPX）は、設計されたものの建設されなかったプラズマ物理実験です。プリンストン・プラズマ物理研究所が率いる米国の組織間チームによって設計されました。この実験は、トカマクが高性能の定常状態においてどのように動作するかについての理論を検証するために設計されました。 [1]
| トカマク物理実験 | |
|---|---|
| 装置の種類 | トカマク |
| 所在地 | アメリカ合衆国 |
| 所属 | プリンストンプラズマ物理学研究所他 |
| 技術仕様 | |
| 主半径 | 2.25 m (7フィート5インチ) |
| 副半径 | 0.5 m (1フィート8インチ) |
| 磁場 | 4.0テスラ（40,000G） |
| 加熱出力 | 17.5MW |
| プラズマ電流 | 2.0MA |
| 歴史 | |
| 建設年月日 | 未建設 |
| 運用年 | 未建設 - 未建設 |
| 後継 | KSTAR |
目標
TPXはトカマク核融合試験炉（TFTR）の後継となる予定でした。TFTRはQ>1（プラズマに注入されるよりもプラズマによって生成される核融合エネルギーの方が大きい）を達成するように設計されていましたが、TFTRは短いパルスでしか動作せず、経済的な核融合発電炉のようなプラズマの挙動に関するデータや経験を提供できませんでした。特に、TPXはこのニーズを満たすように設計されました
TPXは、将来の核融合発電炉を小型、経済的、かつ信頼性の高いものにするための理論を検証するために設計された。具体的には、TPXはパルス長が1,000秒（15分以上）の定常状態に近い状態で動作するように設計された。高いブートストラップ電流で動作するように設計されたため、トロイダル電流の駆動に必要な電力は少なくて済む。高いベータ値で動作するように設計されたため、所定の磁場に対してより高いプラズマ圧力を蓄えることができる。高い閉じ込めレベルで動作するように設計されたため、補助加熱の必要性は少なくなる。[1]
歴史
1991年にコンパクト点火トカマク計画が中止された後、米国エネルギー省は米国の核融合プログラムに対し、トカマクの改良方法を検討するよう指示しました。1993年にはTPXの概念設計レビューが実施され、概念設計が最終決定されました。設計チームはプリンストン・プラズマ物理研究所が主導し、他の米国機関のメンバーも参加していました。しかし、提案された費用が高すぎるため、このプログラムは1995年に中止されました。提案された費用は1993年のドル換算で5億3900万ドルでした。[1]
遺産
韓国で建設されたKSTARトカマクは、 TPXの設計に基づいています。[2] KSTARはTPXの設計とは異なり、重水素ではなく水素を使用しているため、部品の中性子放射化はそれほど大きな問題ではありません。そのため、TPX設計のチタン製真空容器はKSTARではステンレス鋼製に置き換えられ、遠隔保守システムは設計から削除されました。
説明
TPXは定常状態（または少なくとも1000秒の持続時間の長パルス）となるように設計されたため、磁場を供給する電磁コイルは超伝導コイルとなることになりました。それらはニオブ-スズ超伝導ケーブルで作られることになりました。 [1]プラズマ中心におけるトロイダル磁場の強度は4.0テスラとなることになりました
TPXは、トロイダル電流を100%非誘導駆動するように設計されました。そのため、3つの電流駆動システム、すなわち8MW中性ビーム入射システム、8MWイオンサイクロトロン共鳴システム、そして1.5MW低域混成波システムを備えることになりました。[3]プラズマによって運ばれるトロイダル電流は最大2.0MAでした。
TPXは少なくとも6つの異なる高性能シナリオを試験するように設計されていたため、ポロイダル磁場コイルと電流駆動システムは柔軟性を考慮して設計されました。考えられるシナリオの例としては、強力なベータ波を持つARIES-I炉設計に着想を得たもの、トカマク核融合試験炉のスーパーショット領域に着想を得たもの、そして閉じ込めを強化するために内部輸送障壁を生成するプロファイルを持つものがあります。[1]
参考文献
- ^ abcde Schmidt, JA; Thomassen, KI; Goldston, RJ; Neilson, GH; Nevins, WM; Sinnis, JC; Andersen, P.; Bair, W.; Barr, WL; Batchelor, DB; Baxi, C. (1993-09-01). 「トカマク物理実験（TPX）の設計」 . Journal of Fusion Energy . 12 (3): 221– 258. Bibcode :1993JFuE...12..221S. doi :10.1007/BF01079667. ISSN 1572-9591. S2CID 1993786
- ^ 「PPPL物理学者ハッチ・ニールソン氏、国内外の核融合実験における数十年にわたるリーダーシップで賞を受賞」プリンストン・プラズマ物理研究所. 2021年12月3日閲覧。
- ^ Davidson, Ronald C.; Goldston, Robert J.; Neilson, George H.; Thomassen, Keith I. (1995-06-01). 「トカマク物理実験」 .プラズマ物理学. 2 (6): 2417– 2426. Bibcode :1995PhPl....2.2417D. doi :10.1063/1.871265. ISSN 1070-664X.
