エルゴディックダイバータ

エルゴディックダイバータ(ergodic divertor)とは、トカマクのプラズマ縁に外部コイルで共鳴的な螺旋磁場擾乱を加え、磁力線の構造を意図的に「エルゴディック(縁の一部で磁力線が規則的な磁気面を失い、領域内をほぼランダムに遍歴する)」に変えることで、粒子と熱の排出を制御する装置・運転手法である。磁気面を分離するX点を持つポロイダルダイバータと異なり、磁力線そのものを確率的な境界層へと変換し、その長い遍歴経路に沿ってプラズマを専用のターゲット面へ導く。フランスのトカマク Tore Supra とドイツの TEXTOR(および TEXTOR-94)で本格的に実装・研究され、ダイバータなしで長パルス・高加熱出力を運転するための排気・熱負荷分散手段として、また磁場擾乱とプラズマ縁の相互作用を調べる実験手段として発展した。

原理：確率的境界層と磁力線のエルゴディック化

トカマクの縁では、プラズマ電流が作る磁場に、有理面(回転変換が有理数になる面)上で共鳴する摂動を加えると、磁気島が形成される。さらに複数の異なるモード数 m/n の共鳴成分を重ねると、隣り合う磁気島の鎖が重なり合い、島の間の磁力線が分離・再結合を繰り返す。この結果、縁の一定の幅を持つ層で磁力線は単一の磁気面に留まれず、半径方向へも角方向へもランダムに遍歴する。これが確率的境界層(stochastic boundary layer)であり、エルゴディックダイバータはこの層を人工的に作り出す装置である。

確率的な層の効用は、磁力線の「長い接続長」にある。エルゴディック化された磁力線は、短い距離で壁に当たる開いた磁力線(リミター接続)とは異なり、層内を何周も遍歴した後に最終的に専用のターゲット面へ到達する。この長い経路に沿って粒子は再結合・再電離を繰り返し、運動量と熱は体積的に分散される。その結果、熱負荷が局所のターゲット板に集中せず、放射によって運ばれる割合が大きくなる。Tore Supra では高加熱運転時に排熱の大部分(約80%)が放射で処理されたと報告されており、これがこの手法の中心的な利点である。また、遍歴する磁力線が不純物源の近くのプラズマをターゲット面へ運ぶため、不純物がコアに入り込む前に遮蔽する効果も、X点ダイバータに近い形で得られる。