Proton-boron-11 (p-11B) fusion is an attractive concept for advanced fusion energy because of its nearly aneutronic characteristics. However, efficient use of beam-injected fast ions may be limited by their slowing down through Coulomb collisions, which lead to lower fusion reactivity. In this study we investigate whether ion cyclotron range of frequencies (ICRFs) heating can ameliorate this effect by resonantly accelerating fast ions in the Large Helical Device of a stellarator. Using the tangential neutral beam (NB) injection to supply energetic protons at ∼160–170 keV, together with boron seeding, we conducted a series of experiments with superimposed hydrogen minority ICRF heating for beam proton acceleration. Three complementary experimental methods, ICRF power modulation, NB termination, and NB energy scan, consistently showed that ICRF waves accelerate beam ions and enhance the p-11B fusion yield. This led to measurable enhancements in the p-11B fusion alpha-particle yield, as observed with a dedicated fusion-product detector. These findings provide the first direct experimental evidence that ICRF heating can improve the efficiency of beam-driven p-11B fusion reactions.
陽子-ホウ素11 (p-11B) 核融合は、ほぼ無中性子性の特性を持つため、先進核融合エネルギーとして魅力的な概念である。しかしながら、ビーム入射された高速イオンの効率的な利用は、クーロン衝突による減速によって制限される可能性があり、その結果、核融合反応率が低下する。本研究では、恒星型装置である大型ヘリカル装置において、イオンサイクロトロン周波数帯域 (ICRFs) 加熱が、高速イオンを共鳴的に加速することでこの影響を改善できるかどうかを調査する。接線方向の中性粒子ビーム (NB) 入射を用いて約160–170 keVの高エネルギー陽子を供給し、ホウ素シーディングとともに、ビーム陽子加速のための水素少数種ICRF加熱を重畳した一連の実験を実施した。3つの相補的な実験手法、すなわちICRF出力変調、NB停止、NBエネルギー走査により、ICRF波がビームイオンを加速し、p-11B核融合収量を増強することが一貫して示された。これにより、専用の核融合生成物検出器で観測されたように、p-11B核融合アルファ粒子収量の測定可能な増強がもたらされた。これらの知見は、ICRF加熱がビーム駆動のp-11B核融合反応の効率を向上させ得ることを示す初の直接的な実験的証拠を提供する。