プリンストン・プラズマ物理研究所の研究チームは、トカマク型核融合炉において排気システムの一方に粒子が集中して衝突する原因が、プラズマの回転にあることを突き止めました。実機の実験結果と一致するシミュレーションにより、粒子の回転と横方向へのドリフトが組み合わさることでこの現象が起きることが判明しました。この発見は、将来の核融合炉の設計改善に役立つと期待されています。
トカマク型核融合炉の実験では、プラズマ粒子が衝突する排気システム（ダイバータ）において粒子分布が不均一になるという現象が長年の課題となっていました。内側のダイバータターゲットには外側に比べてはるかに多くの粒子が衝突するため、核融合発電炉の耐熱部品を設計する上で大きな障壁となっていました。磁力線を横切る粒子の移動である「クロスフィールド・ドリフト」のみを考慮した従来のモデルでは、実験で観測されるこの偏りを再現できませんでした。今回のブレイクスルーは、トカマク内をプラズマが周回する「トロイダル回転」をモデルに組み込んだことでもたらされました。米国エネルギー省プリンストン・プラズマ物理研究所（PPPL）の准研究員であるエリック・エムディー氏が主導したこの研究成果は、『Physical Review Letters』誌に掲載されました。チームはSOLPS-ITERコードを用い、カリフォルニア州のDIII-Dトカマクでの実験条件をシミュレートしました。ドリフトと回転の有無を切り替えてテストした結果、秒速88.4キロメートルのコア回転速度をドリフトと併せて組み込んだ場合にのみ、実験データとの整合性が取れることがわかりました。エムディー氏は、「プラズマ中の流れには2つの成分があり、回転するコアによって駆動される平行流も同様に重要です」と説明しています。PPPL、マサチューセッツ工科大学（MIT）、ノースカロライナ州立大学の研究者を含むチームは、コアの回転とプラズマ周辺部での粒子の振る舞いとの関連性を強調しました。米国エネルギー省核融合エネルギー科学局の支援を受けて行われたこの知見は、実用的な核融合システムに向けた耐久性の高いダイバータの構築に貢献するものとなります。
