プラズマ物理学：ヴェンデルシュタイン7-Xにおける新古典エネルギー輸送の低減の実証
Nature 596, 7871 doi: 10.1038/s41586-021-03687-w
高温プラズマの磁場閉じ込めに関する研究の究極の目標は、核融合を利用した発電である。トカマクはトロイダル磁場閉じ込めの主要な概念だが、欠点がないわけではないため、核融合研究では、ステラレーターなどの代替概念も追究されてきた。軸対称のトカマクとは異なり、ステラレーターは三次元（3D）磁場形状を持つ。利用可能な次元がこのように加わることによって、磁場形状自体とその磁場を生成する通電コイルの両方の計算最適化に向けて配位空間が大きく広がる。そうした最適化は、2015年にドイツのグライフスヴァルトで稼働を開始した、ヴェンデルシュタイン7-X（W7-X）という大型ヘリカル軸先進ステラレーター（HELIAS）の設計の際に行われた。しかし、3D磁場形状の主な欠点は、ステラレーターの非乱流すなわち「新古典」エネルギー輸送が強い温度依存性を持つことである。実際、この輸送に伴う形状的要因を強く抑制できない限り、そうしたエネルギー損失は高温反応炉プラズマでは途方もなく大きくなるだろう。従って、そうした抑制はW7-X設計の主要目標であった。W7-Xは、現在利用可能な加熱パワーがあまり大きくないにもかかわらず、2017年と2018年の実験実施中にすでに高温プラズマ条件を達成できており、そうしたステラレータープラズマについて核融合三重積の最高値を達成している。反応炉の正味エネルギー生成運転を可能にするために達成すべきしきい値として、プラズマ密度、イオン温度、エネルギー閉じ込め時間の三重積が、核融合研究において性能指数として用いられている。今回我々は、同程度の高いレベルの新古典最適化が行われなかったステラレーターでは得られなかったプラズマパラメーターの空間分布が得られ、その最高値がW7-Xにおける新古典エネルギー輸送の低減の証拠であることを示す。
