Stellaratorの基本と派生系
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Stellarator（ステラレーター） にはさまざまな派生系が存在し、混乱しやすい部分でもあります。特に「ヘリオトロン（Heliotron）」のような装置は、日本独自の設計であり、他の派生型と異なる特徴を持っています。ここでは、ステラレーターとその派生型の違いを整理し、特にヘリオトロンについて詳しく説明します。 1. Stellaratorの基本と派生系の必要性
[Stellaratorの基本原理]
課題:
複雑な磁場設計が必要。
設計や製造コストが高く、最適な閉じ込め性能を得るのが難しい。
[派生型の必要性]
ステラレーターは、磁場設計に自由度が高い反面、その複雑さが課題でした。そのため、設計や運用の簡素化や閉じ込め性能の向上を目指して、各国や研究者によってさまざまな派生型が開発されました。
2. 主なステラレーター派生型
以下は代表的なステラレーター派生型の一覧と特徴です。
table:表
名称 代表例 特徴
Helical（ヘリカル） LHD（日本） らせん状の「ヘリカルコイル」を採用。一体構造で安定性が高く、補正コイル不要。
Heliotron（ヘリオトロン） ヘリオトロンJ（日本） ヘリカル構造に加え、プラズマ閉じ込めの最適化を目指した独自設計。
Torsatron（トーサトロン） TJ-II（スペイン） ヘリカルコイルを持つが、構造がステラレーターに近く、補正コイルも使用。
Helias（ヘリアス） Wendelstein 7-X（ドイツ） ドイツで発展した特殊形状。高効率な閉じ込め性能を目指す最先端ステラレーター型。
3. Helical（ヘリカル）とHeliotron（ヘリオトロン）の違い
[Helical（ヘリカル）]
特徴: 一体型のらせん状「ヘリカルコイル」を用いて磁場を生成。
代表装置: 日本のLarge Helical Device（LHD）。 設計の利点:
ヘリカルコイルだけでねじれ磁場を生成でき、補正コイルが不要。
構造が比較的シンプルで製造や運用が容易。
課題: 装置サイズが大きくなりがち。
[Heliotron（ヘリオトロン）]
特徴: ヘリカルコイルとトロイドコイルの組み合わせを採用。
設計の利点:
ヘリカルコイルの安定性に加え、補助的なトロイドコイルを用いることでプラズマ閉じ込め性能を向上。 閉じ込め性能の最適化を追求。
課題: 構造が複雑で運用コストがやや高い。
4. Heliotronの位置付け
ヘリオトロンは、京都大学を中心に開発された設計で、ヘリカル型ステラレーターの中でも独自の位置を占めています。ヘリオトロン型は、日本独自の「磁場閉じ込めプラズマ研究」を象徴する装置の一つと言えます。 [ヘリカルとの比較]
ヘリカル（LHD）が一体型ヘリカルコイルを使うのに対し、ヘリオトロンはトロイドコイルを組み合わせることで、磁場構造の精密な調整を可能にしています。これにより、閉じ込め性能の向上が期待されました。 5. Stellarator全体の現代的意義
現在、ステラレーターとその派生型は、トカマクとは異なる以下の利点を持つことから再評価されています。 1. 長時間運転が可能
トカマクにおけるプラズマ電流駆動の不安定性がないため、長時間運転が可能で商用炉に適していると考えられています。 2. 安定性の高さ
外部コイルのみで磁場を生成するため、プラズマ内部の電流による不安定性（ディスラプション）がありません。 3. 技術の進化
高精度な製造技術やシミュレーション技術の発展により、モジュラー型（Wendelstein 7-Xなど）やヘリカル型（LHD）がより効率的な閉じ込め性能を実現しています。 wikipediaには以下のように書いてある
現代のヘリカル型磁場配位の起源としては、ライマン・スピッツァー（プリンストン大学）によって1951年に提唱されたステラレータ、宇尾光治（京都大学）によって1958年5月に研究会にて発表され、7月の学会誌（核融合研究第１巻第１号）に公表されたヘリオトロン磁場配位が挙げられる。前者はプリンストン大学において「マッターホルン計画」として1957年11月に開示され、1958年9月のジュネーブにおける第２回原子力平和利用会議にて始めて公表されるまでは機密研究として進められていた。後者の開発は、1958年3月から京都大学基礎物理学研究所長を務めた湯川秀樹の尽力により、京都大学理学部原子核物理学教室の林忠四郎教授、京都大学基礎物理学研究所の早川幸男教授が世話人となり京都大学内に発足した高温プラズマ懇談会が中心となった。同年1958年11月に「ヘリコン計画」と命名されたこの研究グループには当時38名が参加しており、ヘリオトロンAを試作し、1959年11月より実験を開始した3。発表の時期からみても、両者が独立して開発されたことがわかる。 少なくとも
Stellaratorはアメリカ発祥
Heliotronは日本発祥
ただ時系列などは良くわからん