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

この研究の主な対象者
企業・研究者の方
公開日 2025年06月04日

概要

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。

研究者のコメント 「本研究は私にとって初めての論文発表となります。そのため指導教員である稲垣滋先生をはじめ共著者の皆様から多くのご指導と助言を頂きました。共著者の皆さまに心より感謝申し上げます。今後も学びを深めながら、よりよい研究成果を発信していけるよう努力してまいります。」（荻原築）

詳しい研究内容について

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

研究者情報

研究者名 稲垣 滋
京都大学 教育研究活動データベース 研究者名 門 信一郎
京都大学 教育研究活動データベース

書誌情報

【DOI】
https://doi.org/10.1038/s41598-025-00993-5
【KURENAIアクセスURL】
http://hdl.handle.net/2433/294500
【書誌情報】
K. Ogihara, S. Inagaki, S. Kado, R. Matsutani, G. Motojima, S. Kobayashi, F. Kin, S. Ohshima, T. Minami, S. Konoshima, T. Mizuuchi, H. Okada, K. Nagasaki (2025). Dynamics of plasma reconfiguration after pellet injection in Heliotron J. Scientific Reports, 15, 16503.

関連部局

エネルギー科学研究科 エネルギー理工学研究所