【本学研究者情報】

〇大学院理学研究科地球物理学専攻　教授　加藤雄人
研究室ウェブサイト

【概要】

核融合発電では、核融合反応で生じたエネルギーによってプラズマ※1を自ら加熱し、高温を保つ「自己加熱」※２が不可欠です。しかし、その過程は複雑で、「不安定になったプラズマが、自ら生み出した波によって自分自身を加熱できるのか？」という疑問がありました。自然科学研究機構核融合科学研究所の居田克巳特任教授、吉沼幹朗准教授、小林達哉准教授、東北大学の加藤雄人教授らの研究グループは、核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）※３において、プラズマ中の粒子の速度分布が時間とともに変化する様子（位相空間ダイナミクス）を詳細に計測しました。その結果、プラズマの不安定性によって生じた電磁波が、プラズマ自身を加熱する現象を初めて観測し、「自己加熱」の一つのプロセスを実証しました。本研究成果を基盤として、核融合発電の実現に不可欠なプラズマの自己加熱機構の研究がさらに進展すると期待されます。また、同じようなプラズマ加熱現象が起こる地球磁気圏など、宇宙プラズマの研究への応用も期待されます。

この研究成果をまとめた論文が英国の科学雑誌「コミュニケーションズ・フィジックス」に掲載されました。

不安定なプラズマが電磁波を発生させて速度分布の歪みを引き起こし、その歪みが取れた時に粒子の動きの広がりが大きくなっている様子

【用語解説】

※１　プラズマ
固体、液体、気体に次ぐ物質の第4の状態。高温のため原子が電子とイオンに分離し、電子とイオンが自由に運動できるようになった状態

※２　自己加熱
自己加熱とは、物質の内部で生じたエネルギーや反応によって、その物質自身の温度が上昇する現象。核融合炉では、核融合反応によって生じたエネルギーがプラズマを加熱し、高温の状態を保つ現象を「自己加熱」と呼ぶ。

※３　大型ヘリカル装置（LHD）
核融合科学研究所の主実験装置で、我が国独自のアイデアに基づくヘリオトロン磁場を用いた世界最大の超伝導ヘリカル型のプラズマ生成装置。LHDとはLarge Helical Device の略。1998年3月から実験が開始された。トカマク型のプラズマ生成装置と磁場構造が異なっており、特徴を生かしたユニークな研究を行うことができる。

【論文情報】

タイトル：Direct observation of phase-space dynamics during energetic-particle-driven MHD bursts
著者： K. Ida1, M. Yoshinuma1,2, T. Kobayashi1,2, K. Nagaoka1,3, K. Ogawa1,2,
T. Tokuzawa1,2, H. Nuga1,2, Y. Katoh4
1 自然科学研究機構　核融合科学研究所
2 総合研究大学院大学
3 名古屋大学　大学院理学研究科
4 東北大学　大学院理学研究科
掲載誌：Communications Physics
DOI：10.1038/S42005-026-02939-3

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（報道に関すること）
東北大学大学院理学研究科
広報・アウトリーチ支援室
TEL：022-795-6708
Email：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）