急速な密度上昇によってプラズマを閉じ込め特性の高い状態に変化させる

　荻原築 エネルギー科学研究科修士課程学生、稲垣滋 エネルギー理工学研究所教授、門信一郎 同准教授、本島厳 核融合科学研究所准教授らの研究グループは、核融合エネルギーを生み出すために重要な「プラズマを磁場で閉じ込める」実験で、新しい発見をしました。

　プラズマは一度ある状態になると、そこから別の状態に移すのは難しく、通常、状態を変えるには大きな加熱などが必要です。しかし最近では、「ペレット入射」という技術が進歩してきました。これは、水素の氷の粒をプラズマに高速で撃ち込む方法です。ペレット入射は短時間で大量の水素をプラズマの中心まで届けられます。そのため、水素をガスで入射するよりもすばやく密度の高いプラズマを作ることができます。この高密度プラズマは、エネルギー閉じ込め特性が高いことが以前から知られていました。本研究グループは、「Heliotron J（ヘリオトロンJ）」という装置を使って実験をしました。ペレットを入射すると、プラズマはガス入射の時とは違う新しい状態に変化し、閉じ込め性能が高くなりました。このとき、ペレットが溶けてできた冷たいプラズマが再び加熱されていく過程で、プラズマの温度・密度やそれを取り囲む磁場の構造が再編成されることも観測されました。これは、プラズマの「状態」が、急な変化によって新しい状態へ移ることができるようになったことを意味します。これは「焼入れ」という金属加工の手法にも似ています。金属を高温にしてから急に冷やすと、普通に冷やしたときと違う性質が現れます。金属とプラズマは別物ですが、プラズマも急激な変化を与えると、内部の構造が変わって別の状態に変化することが分かってきました。この研究は、「プラズマの状態を変えるカギは、急激な変化と内部構造の再編成にある」という新しい視点を与えるもので、将来の核融合エネルギーの実現に役立つことが期待されます。

　本研究成果は、2025年5月13日に、国際学術誌「Scientific Reports」にオンライン掲載されました。