This paper describes the recent progress in divertor simulation research using the GAMMA 10/PDX tandem mirror towards the development of divertors in fusion reactors. During a plasma flow generation experiment in the end cell of the GAMMA 10/PDX, ICRF heating in the anchor cell successfully extended the particle flux up to 3.3 × 1023 m2 s−1. Superimposing the short pulse of the ECH also attained a maximum heat flux of ~30 MW m−2. We have succeeded in achieving and characterizing the detachment of the high-temperature plasma, which is equivalent to the SOL plasma of tokamaks, by using the divertor simulation experimental module (D-module) in the GAMMA 10/PDX end cell, in spite of using a linear device with a short magnetic field line connection length. Various gases (Ar, Xe, Ne and N2) are examined to evaluate the effect of radiation cooling against the plasma flow at the MW m−2 level in the divertor simulation region and the following results are obtained: (i) Xe gas was most effective in the reduction of heat and particle fluxes (1%, 3%, respectively) and has a stronger effect on electron cooling (down to ~1.6 eV) in the used gas species. (ii) Ne gas was less effective. On the other hand, (iii) N2 gas showed more favorable effects than Ar in the lower pressure range. These results will contribute to the progress in detached plasma operation and in clarifying the radiation cooling mechanism towards the development of future divertors.
本論文は、核融合炉におけるダイバータ開発に向けた、GAMMA 10/PDXタンデムミラーを用いたダイバータ模擬研究の最近の進展について述べる。GAMMA 10/PDXのエンドセルにおけるプラズマ流生成実験中に、アンカーセルでのICRF加熱により、粒子束を3.3 × 10²³ m² s⁻¹まで拡大することに成功した。ECHの短パルスを重畳することにより、最大熱流束 ~30 MW m⁻² も達成された。我々は、短い磁力線接続長を有する線形装置を用いているにもかかわらず、GAMMA 10/PDXエンドセル内のダイバータ模擬実験モジュール(D-module)を用いて、トカマクのSOLプラズマに相当する高温プラズマのデタッチメントを達成し、その特性評価に成功した。ダイバータ模擬領域におけるMW m⁻²レベルのプラズマ流に対する放射冷却の効果を評価するために、様々なガス(Ar、Xe、Ne、N2)を調べ、以下の結果が得られた。(i) Xeガスは、熱流束と粒子束の低減に最も効果的であり(それぞれ1%、3%)、使用したガス種の中で電子冷却に対してより強い効果を示した(約1.6 eVまで低下)。(ii) Neガスは効果が低かった。一方、(iii) N2ガスは、より低い圧力範囲においてArよりも好ましい効果を示した。これらの結果は、将来のダイバータ開発に向けた、デタッチドプラズマ運転の進展と放射冷却機構の解明に貢献するだろう。