トロイダル磁場
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トロイダル磁場は、トカマク型核融合装置において、プラズマを閉じ込めるために使われる磁場の一種で、ドーナツ型（トーラス状）のプラズマを取り囲むように配置された磁場です。「トロイダル」とは、ドーナツ型の構造を指す「トーラス」に由来しており、トカマクでは、このトロイダル形状に沿って磁場が発生します。
トロイダル磁場の役割
トカマク型装置では、プラズマを高温に加熱し、核融合反応を維持するために、プラズマを安定して閉じ込めることが重要です。トロイダル磁場は、プラズマが壁に触れず、中心に留まるようにするための閉じ込め機構として機能します。以下のような役割があります：
1. プラズマの閉じ込め: プラズマは非常に高温の状態で、荷電粒子（イオンと電子）が激しく運動します。トロイダル磁場によって、これらの荷電粒子が磁場に沿って移動するように誘導され、壁に衝突せずにプラズマの中に留まるようにします。
2. 熱損失の防止: 高温のプラズマが装置の壁に直接触れると、冷却されてしまい、核融合反応を維持することができなくなります。トロイダル磁場によってプラズマを閉じ込め、壁から距離を保つことで、熱損失を防ぎます。
トロイダル磁場の生成方法
トロイダル磁場は、トカマク装置の外側に配置されたトロイダル磁場コイルによって生成されます。これらのコイルに電流を流すことで、トロイダル方向に沿った磁場が発生します。この磁場がプラズマをドーナツ型の軌道に沿って閉じ込める役割を果たします。
トロイダル方向: トカマクのドーナツ型の構造に沿った、円環の周りに沿った方向を指します。この方向にトロイダル磁場が作用します。
ポロイダル磁場との関係
トロイダル磁場だけでは、完全にプラズマを閉じ込めることはできません。これを補完するために、ポロイダル磁場が使用されます。ポロイダル磁場は、プラズマ内を流れる電流によって生成され、トロイダル磁場と組み合わさることで、プラズマをより強力に閉じ込めます。この2つの磁場が組み合わさることで、螺旋状の磁場構造が形成され、プラズマの安定性と閉じ込め能力が向上します。
トロイダル磁場の重要性
トロイダル磁場は、トカマク装置においてプラズマの安定な閉じ込めを実現するための基盤となる技術です。もし磁場が不安定であったり、強度が不十分であったりすると、プラズマは装置の壁に触れてしまい、核融合反応が停止するか、装置自体が損傷を受ける可能性があります。トロイダル磁場は、そのような状況を防ぎ、核融合反応を持続させるために不可欠な要素です。
まとめ
トロイダル磁場は、トカマク型核融合装置のドーナツ型プラズマを閉じ込め、核融合反応を維持するために必要な強力な磁場です。これにより、プラズマが壁に衝突するのを防ぎ、安定した閉じ込めが可能となります。トロイダル磁場はポロイダル磁場と共に働くことで、より高い安定性と効率的なエネルギー閉じ込めを実現しています。