ヘリカル装置

ヘリカル装置とは、トーラス状のプラズマを、トランスフォーマー誘導電流によらず外部コイルだけで閉じ込める磁気閉込め装置の総称である。ヘリオトロン、トーサトロン、ステラレータなどと呼ばれる一連の装置がこれに属し、主磁場を生むコイルをプラズマの周囲で螺旋状に巻くことで、トロイダル方向に一様でない、三次元的にねじれた磁場を形成する。このねじれが粒子のドリフトを相殺して閉込めを実現するため、プラズマ電流が本質的に不要であり、電流駆動に起因する不安定化や電流遮断の問題を原理的に回避できる。日本ではこの系統の装置をヘリカル装置と総称し、その代表格として大型ヘリカル装置(LHD)が建設・運用されている。

図はLHDの全体を示す模式図と、真空容器内に設置された高周波加熱アンテナの写真である。螺旋状の超伝導コイルがプラズマを包み込む様子と、容器内壁に沿って配置されたポート・アンテナ構造が見て取れる。

螺旋閉込めの原理：トランスフォーマーを要しない閉じ込め

トカマクではプラズマ自身に流す電流が磁場のねじれを作って粒子のドリフトを打ち消すが、この電流はトランスフォーマーで誘導する必要があり、定常運転の根本的な制約となる。ヘリカル装置では、このねじれを外部コイルの幾何学で与える。ヘリオトロン/トーサトロン型では、連続的な螺旋巻きのコイル(あるいはその極数を分離したコイル群)が、トロイダル磁場とピッチ角磁場の両方を同時に生み出す。磁力線がトロイダル方向に一周する間に極方向にも回転する、いわゆる回転変換が外部から固定されるため、プラズマ電流はゼロでも磁力線面が閉じる。