イオンサイクロトロンアンテナ

イオンサイクロトロンアンテナは、トカマクやステラレータなどの磁気閉じ込めプラズマに、イオンサイクロトロン周波数帯（ICRF、典型的には数十MHz）の高周波電力を注入するためのアンテナであり、プラズマのイオン加熱と電流駆動の中核装置である。プラズマに面した真空容器内壁のポートに設置され、金属製の導体ストラップに高周波電流を流して波動を放射する。JETの2022年の重水素・三重水素実験では、ICRF加熱が59 MJという記録的な核融合エネルギー出力の2割を担っており、この装置がいまも主力加熱手段であることを示している。以下では、アンテナの構造、プラズマとの結合、位相制御によるスペクトル制御、整合系、そして高周波シースに起因する不純物問題という、装置設計の五つの柱に沿って解説する。

構造と主要構成要素

アンテナの心臓部は、プラズマに面する側に配置された一組ないし複数の金属導体ストラップである。ストラップはトロイダル方向（周方向）に電流が流れる導体板で、これに高周波電流を供給すると、磁場に沿った電界成分と垂直な電界成分を持つ波動がプラズマ側へ放射される。ストラップの外側はアンテナボックスで覆われ、ボックスの前面にはストラップを保護するためのリミッタ（アーマー）がプラズマ側に突き出している。図は、シミュレーションに用いられるアンテナ模型を構成要素ごとに色分けしたものであり、黄色のアンテナリミッタ、緑のストラップ、青の銅シース、赤のアンテナボックスが、リナ位置と運転位置の二つの状態で示されている。