プラズマデタッチメント

プラズマデタッチメント（plasma detachment、プラズマの「剥離」）とは、磁気閉じ込め核融合装置のスクレイプオフ層（SOL）およびダイバータ領域において、プラズマと材料表面との結びつきが実質的に失われ、ターゲット板へ入射する熱・粒子フラックスが体積過程によって大幅に減衰する現象である。デタッチメントは単なる失速ではなく、運動量・エネルギー・粒子の各収支が沿磁力線方向の散逸過程によって書き換えられる、物理的に明確な状態遷移として理解されている。

定義と付着から剥離への遷移

通常の「付着（attached）」状態では、主プラズマからダイバータターゲットまで磁力線に沿って熱と運動量がほぼ無損失で伝わり、ターゲット表面に局所的な高熱負荷が生じる。粒子密度を上げていくと、まず沿磁力線方向の電子温度低下が進み、ターゲット近傍でのイオン化・電荷交換・輻射などの体積過程が増大する。やがてプラズマ圧力の平行方向勾配が消え、ターゲットへ届く熱流と粒子流が数分の一から数十分の一にまで低下する。この状態がデタッチメントであり、プラズマが磁力線の端で実質的に「切り離されて」材料表面から浮き上がったように振る舞うことからこの名がある。遷移は連続的ではなく、密度しきい値を境に比較的急速に進行する。図は、付着状態と剥離状態におけるターゲット上の熱流束分布の違いを示したものである。付着時には分離線直下に鋭いピークを持つ熱流束が集中するのに対し、剥離後はピークが一桁近く低下し、分布が幅広く平坦になる様子が読み取れる。