プラズマ平衡

プラズマ平衡とは、磁場で閉じ込められたプラズマが、圧力勾配による外向きの力と電流が受けるローレンツ力（磁気圧縮力・テンション力）が釣り合い、時間スケールがアルフベン時間より十分長い準静的状態に保たれている様子を指す。核融合研究では、この平衡状態を正確に求めることがプラズマの閉じ込め性能評価、安定性解析、そして運転中の形状制御のすべての出発点となる。平衡はプラズマ内部の圧力分布と電流分布が決定する磁面の幾何として表され、トカマクのような軸対称系ではグレード・シャフラノフ方程式として定式化され、ヘリカル系では三次元の力平衡問題として扱われる。近年は、測定データから平衡を統計的に推定する手法や、放電中にリアルタイムで平衡を再構成してプラズマ形状を制御する技術が実用段階に達している。

図は軸対称トカマクのプラズマ平衡の具体例で、ポロイダル断面に描かれた磁束面の入れ子構造、プラズマ境界、X点を通る分離線、そしてそれらを制御するための磁気形状制御変数の位置が示されている。このように平衡とは単なる計算結果ではなく、コイル電流とプラズマ電流が作る磁場の実在する構造であり、運転者が直接制御しようとする対象でもある。