高周波によるプラズマ加熱技術入門　３．メガヘルツ帯高周波の利用－共鳴加熱装置技術－

摘要

大電力のプラズマ加熱としては最も低い周波数であるイオンサイクロトロン加熱（ICRF 加熱とも言う）は，その構成要素の多くが既存技術の延長線上にあることから，取り付きやすい加熱法として初期の頃から多くの加熱実験に用いられてきた．大電力高周波発生源から伝送路までの技術は放送用機器として発達してきた．しかしながらプラズマとの結合器であるアンテナのサイズが自由空間波長よりかなり短く，アンテナインピーダンスの抵抗分がリアクタンス分より相当に小さく，インピーダンス整合条件が厳しいものとなった．その結果アンテナと整合回路の間に大きな電圧定在波が立ち，悪条件下で耐電圧性能に厳しい条件がつけられることになった．特にプラズマに近接したアンテナには開発要素が多く，ファラデーシールド，センターストラップおよびその支持構造物，大型装置ではアンテナ内蔵の整合用同調部等に耐熱，耐高電圧が要求され未解決な問題も多い．真空容器とプラズマの間にも電磁界分布が形成されることから，プラズマ壁相互作用の問題，不純物流入の問題等が発生する．これらの問題の多くはICRF 加熱物理の研究が進み，高エネルギーイオンの閉込め改善，壁やダイバータプレートの物理の理解とともに解決の見通しがついて来ているものの，ITER や将来の装置では高電力で長時間加熱が必須であり，急務の課題になっている．本章では高周波加熱に馴染みのない読者を対象として，基本的な構成要素と計測法について解説しており，一般の読者およびこれから高周波加熱を始めようとする実験家にも役立つものと考える．