研究内容

飯尾研究室では、地球環境問題を念頭に置き、今世紀に実用化されるべきエネルギー源の研究開発を行う。 主としてトカマク型核融合炉開発のための基礎研究を行いながら、社会的受容性の高い核融合炉の検討を進めていく。 また、核融合以外のエネルギー開発や基礎実験も手掛ける。
■キーワード：プラズマ理工学, 核融合炉工学, トカマク実験, 応用電磁気学

研究の概要

当面は嶋田研究室と一緒に活動し、電磁力平衡コイルを用いた小型トカマク装置の実験、超伝導コイルを用いた電力貯蔵、 自然エネルギー利用の高効率化などの研究を発展させる。独自に進めている研究テーマは、以下のものである。

1. 核燃焼プラズマ制御
大型トカマク装置において臨界プラズマ条件が達成され、自己点火条件の達成及び長時間燃焼の実現が次の最重要課題となっている。そこで熱・粒子制御及び閉じ込め制御による 核融合出力制御法の確立を目指す。核燃焼制御の手段として、核融合反応で生じるヘリウムの選択的排気や、プラズマ表面に発生する不安定モードを利用した閉じ込め制御などを 検討する。

2. 核融合炉の魅力化
核融合炉の実用化を早めるために、長寿命核分裂生成物の核変換を主目的とした中性子源としての核融合利用を検討している。また、核融合エネルギーの利用効率を高めるために、 トーラス装置での直接発電の可能性を探る。荷電粒子のエネルギーを電気エネルギーに変換できれば、その分プラズマ対向壁への熱負荷を軽減できるメリットがある。

3. レーザー計測
核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）の共同研究に参加し、既存の遠赤外レーザー干渉計で問題となっている位相ジャンプが生じず、電子密度を高い空間分解能で測れる CO2レーザーを用いたイメージング干渉計の研究開発を行っている。電子密度揺動の計測も行い、プラズマ閉じこめ特性との相関も調べる。 また、光学ガラスのファラデー効果に着目し、定常磁場計測器の開発も進めている。磁場閉じ込め方式による核融合炉では、閉じ込めプラズマの制御に不可欠な電流および 磁場計測の精度を、長時間に亘って保つことが課題となっている。

4. 基礎実験
5Tまで発生できる無冷媒超伝導マグネットを利用してイオントラップを製作し、イオンや非中性プラズマを閉じ込める研究も計画している。その他、直流グロー放電、単極誘導など プラズマや電磁気に関する基礎実験も行う。

現在進行中の研究テーマ

■小型トカマク装置の設計・製作（工事中）
■プルトニウム消滅・トリチウム生産炉の魅力化（工事中）
■光ファイバを用いた電流計測（工事中）
■固体内核変換の検証（工事中）

過去の研究テーマ

■電磁力平衡コイルを用いた強磁場トカマクの開発
■長時間計測用レーザー偏光形の開発
■LHDにおける干渉計による密度計測
■マイクロ波イメージング反射系用二次元アレイアンテナ開発
■Virial定理による超伝導磁気エネルギー貯蔵用コイルの最適化
■核燃焼プラズマ制御
■トカマクにおけるα粒子閉じ込め
■ゾーナル・フロー形成シミュレーション
■先進トカマク運転のためのプラズマ制御
■核融合中性子を用いた核変換の検討
■表面電流ポテンシャルを用いた非軸対称磁場再構成手法の開発
■パラジウム多層膜状での重水素透過による元素変換の検証