三角形度

トカマクの三角形度（triangularity、記号 δ）とは、プラズマ断面の「D字型」の歪みの度合いと向きを表す形状パラメータである。断面を真円からどれだけ三角形に近づけたかを測り、D字の膨らみがトーラス外側を向く従来型の形状を正の三角形度（positive triangularity、PT）、逆向きに反転させた「逆D字型」を負の三角形度（negative triangularity、NT）と呼ぶ。δ は、プラズマ断面の最大半径位置と磁気軸の半径位置の差を小半径で規格化した量として定義され、D字型では正、逆D字型では負の値をとる。近年、負の三角形度がプラズマの微視的乱流を弱め、Hモードに頼らずに高い閉じ込め性能を得られる可能性があることが実験と理論の両面から示され、炉設計の選択肢として注目を集めている。

定義と形状

トカマクは軸対称装置であり、磁気面の小断面（ポロイダル断面）の形を極場磁場コイルで自由に制御できる。最も一般的なのは「D字型」（dee shape）で、断面の膨らみがトーラス軸の外側を向く。この形状はプラズマ電流と圧力を円断面より高く安定に流せるうえ、トロイダル磁場コイルへの電磁力も最小化できるため、ITER や SPARC をはじめとする次世代装置はすべてこの形状を採用している。三角形度はこの D 字の「尖り」を定量化する指標であり、正の値は通常の D 字、負の値は凸部を内側に向けた逆 D 字（reversed-dee）に対応する。

図は同じプラズマを正の三角形度と負の三角形度で並べて比較したものである。左側の正の三角形度では D 字の膨らみが外側を向き、右側の負の三角形度では逆 D 字となり、とがより大きな大半径側へ移動している。図中の R^PT_div と R^NT_div が示すように、負の三角形度では排熱領域が外側に置かれることが、この形状の重要な幾何学的特徴となっている。