リミッター

リミッター（limiter）とは、磁気閉じ込めプラズマ装置において、プラズマを磁力線方向に直接接触させる固体の材料部品である。トロイダル閉じ込めでは磁力線が閉じた面（最後の閉じ込め磁気面、LCFS）を形成するが、その面の内側に突き出した物体を置くと、それに触れた磁力線上のプラズマは物体表面に沿って流れ、壁に導かれる。これにより閉じ込め領域の外縁が「リミッターによって制限」される。 ダイバータがX点磁気配置で排気・排熱を専用のターゲット板に集めるのに対し、リミッターはより単純な構成で、プラズマの立ち上げや小型装置、あるいは第一壁の保護・診断の目的で広く用いられてきた。リミッター表面は高熱流束・高粒子フラックスに直接晒されるため、プラズマと材料の相互作用研究の中心対象でもある。

リミッターとは何か

リミッターの物理的な役割は、閉じ込め磁気面を「定義する」ことにある。リミッターより内側の磁力線は閉じたトロイダル面を描いて閉じ込められるが、リミッターに接する磁力線は開いており、その上のプラズマは平行方向に自由に流れてリミッター表面で損失する。この接触点を最内側に持つ磁気面がLCFSとなり、その内側が閉じ込め領域、外側が後述のスクレイプオフ層（SOL）となる。リミッターの半径を変えればプラズマ柱の半径が変わるため、初期のトカマクではプラズマ位置・サイズの制御手段としても使われた。また、リミッターの影に設置したラングミュアプローブアレイによるSOL計測や、逃走電子の壁衝突データを得るための計測器内蔵の犠牲リミッターのように、診断プラットフォームとしての役割も大きい。

リミッターの典型的な形状は、トロイダル方向に沿った帯状の「レールリミッター」や、ポロイダル断面の一部に置かれる「ポロイダルリミッター」、内壁全体でプラズマを受ける「内壁リミッター」などである。さらに、らせん状の電流を流して磁力線をわざと乱し、プラズマ境界を「かき混ぜる」エルゴディックリミッター（ergodic limiter）と呼ばれる変種がある。これは磁力線のカオス化によって境界付近の輸送を制御し、不純物の侵入抑制や密度制御を狙うもので、RFP装置や小型トカマクで理論・実験両面から研究されてきた。

リミッターの具体的な姿を示すのが次の図である。これは主リミッターの機械設計図で、(a)に三次元外観、(b)に正面図を示す。黒鉛タイルが曲面状に並べられ、裏側にプローブ用の貫通孔が設けられている。タイルを分割し、段差（シャドウイング）を持たせて並べるのは、磁力線が表面に浅い角度で入射することによる局所的な過熱と、タイル間ギャップへの直入射を避けるためである。