グローブスM

グローブスM(Globus-M)は、ロシア・サンクトペテルブルクのヨッフェ物理技術研究所に建設された球状トカマク(spherical tokamak, ST)である。主要半径R = 36 cm、マイナー半径a = 24 cmという小型の真空容器に、最大0.4 Tのトロイダル磁場と最大250 kAのプラズマ電流を持ち、中性ビーム入射(NBI)や高周波加熱による補助加熱を備える。球状トカマクはトカマクの断面を縦長の球に近づけ、中心ソレノイド周りの空間を極限まで削ることで、同じトロイダル磁場に対してプラズマの持つ安定性余裕(正規化ベータ)を大きく取れるという構想に基づく装置概念であり、グローブスMはその物理を小型装置で検証する役割を担った。運転終盤には磁場系を増強し、同じ真空容器で1 T・500 kAを狙う改修機グローブスM2が建設され、両装置を通じて球状トカマクの閉じ込め・加熱・非誘導電流駆動のデータベースが構築された。

装置と運転領域

グローブスMの特徴は、球状トカマクとしてのコンパクトさに加え、同種装置としては珍しい運転領域にある。エッジ安全係数qが2.7から5という低い範囲で運転でき、またプラズマ外縁から壁までの距離が3〜5 cmと極めて小さい。壁が近いことはプラズマの位置制御を難しくする一方、閉じ込め性能に対する壁の影響やプラズマ・壁相互作用を研究するには好都合な条件となる。プラズマ形状の実時間再構成アルゴリズムがこの装置で検証され、近接壁環境下での位置・形状制御の基盤となった。位置制御系には自己発振型の電流インバータが作動器として用いられ、小型装置特有の厳しい制御要求に応えた。

装置の到達領域拡大は段階的に進められた。まずオーミック加熱によるプラズマ生成と初期実験で目標とする基本パラメータが確認され、その後の補助加熱実験で高ベータ運転領域が拓かれた。ただし小型装置である以上、絶対加熱出力は最大0.8 MW程度と中規模装置より小さい。それでもプラズマ体積あたりの比加熱出力は2〜3 MW/m³に達し、単位体積あたりの加熱強度という点では大型装置に匹敵する実験条件を実現した。この「小さいが濃い」加熱環境が、後述のや高速イオン物理の研究を可能にした。