第 3 章 シミュレーション結果
3.2. 演算結果（ FRC の場合）
3.2.2 CT 中性化率
FRC中性化シミュレーションの「CT中性化率」をFig. 2.45に，及び「CT残留率」をFig.
2.46に記載する．
Fig. 2.45 CT中性化率の時間推移図．
60 / 83
Fig. 2.46 CT残留率の時間推移図．
前節で述べたとおり，中性化の進行が遅く，約0.8[m]のセル通過より1 %しか中性化され ていないことがFig. 2.45より確認できる．また，低速イオンの発生より，CT残留率は極め
て高い99.99 %であることがFig. 2.46より判明した．
3.2.3 磁場・電場の推移
最初にFig. 2.28と同様，各方向磁場の初期二次元分布をFig. 2.47に示す．
（※FRCの磁場配位の特徴として，平衡分布におけるθ方向磁場は存在しない．）
Fig. 2.47 左：R方向，右：Z方向磁場分布．
（カラーレンジ，R：0.33 ～ -0.33，Z：1.04 ～ -2.48．）
61 / 83
Figure 2.47より，R方向は
r / r
wall 0 . 5
分布，Z方向は中央面分布が特徴的なので，それらの時間推移を記載する．
Fig. 2.48 R方向磁場の
r / r
wall 0 . 5
分布．Fig. 2.49 Z方向磁場の中央面分布．
62 / 83
Figure 2.48より，R方向磁場はあまり減衰せず，粒子損失が発生しやすい境界付近のみで
変化していることが読み取れる．またFig. 2.49より，Z方向磁場はセパラトリクス付近で分 布に変動が発生していることが分かる．（これは後で説明する電場の変動に伴うものであ る．）
次に，中性化による変化を確認するため，中性化を除いて計算した場合の結果比較図を 記す．（一番顕著な変化がR方向磁場の
r / r
wall 0 . 5
分布なので，そちらを記す．）Fig. 2.50 R方向磁場の
r / r
wall 0 . 5
分布比較図．（3.88 [s] での比較．）Figure 2.50より，Spheromakモデルとは異なって中性化による影響が境界領域に発生して
いることが読み取れる．特に，中性流体が入射しくるZ = -1境界での変化が著しい．これ によって，電流減衰への変化が期待される．（電流減衰は次節に記載する．）
63 / 83
なお，FRCの磁場配位の特徴として，平衡分布におけるθ方向磁場は存在しないと述べ たが，時間発展と共に発生することが本シミュレーションで判明した．中央面及び
5 . 0 / r
wall
r
分布をFig. 2.51, 2.52に記す．また，この磁場は中性化の有無に関わらず発生する．
Fig. 2.51 θ方向磁場の中央面分布．
64 / 83
Fig. 2.52 θ方向磁場の
r / r
wall 0 . 5
分布．本研究室における既存研究[31]において，NB入射（NBI）をFRCの装置軸に対して行って ポロイダル電流を駆動し，トロイダル磁場（θ方向磁場）を強制的に発生させるものがある．
この研究結果より，FRCの粒子損失が減少し，粒子閉じ込め時間が改善するというθ方向 磁場の効果が判明している．よって，本シミュレーションにおけるθ方向磁場の自己生成可 能性というのは好ましいものであり，FRCの閉じ込め改善に繋がる可能性がある．
しかしながら，本研究と並行して行われている別研究によって，θ方向磁場が外部磁場（≒
Z方向磁場）と同じ強度でないと閉じ込め改善の効果が期待できるレベルで表れない，とい う結果が示されている．従って，本シミュレーションではθ方向磁場が外部磁場に対して2 オーダ程度小さいため，効果があまり期待できない．
逆に言えば，このθ方向磁場の自己生成を何かしらの手段（局地的NBI等）によって強 化できれば，FRC閉じ込め改善の効果が見込められ，FRC定常運転の可能性が近づく．
65 / 83 次は，磁場の元となる各電場分布を記す．
Figure 2.32と同様に，まず各方向電場の初期二次元分布をFig. 2.53に示す．
（※FRCの磁場配位の特徴として，磁場分布と同様に平衡分布におけるθ方向電場は存在 しない．）
Fig. 2.53 左：R方向，右：Z方向電場分布．
（カラーレンジ，R：0.018 ～ -0.013，Z：0.003 ～ -0.002．）
Figure 2.53より，R方向は中央面分布， Z方向は
r / r
wall 0 . 5
分布が特徴的なので，それぞれの時間推移を記載する．
Fig. 2.54 R方向電場の中央面分布．
66 / 83
Fig. 2.55 Z方向電場の
r / r
wall 0 . 5
分布．Figure 2.54より，Fig. 2.49と同様にセパラトリクス付近で大きな変化が読み取れる．特に，
セパラトリクス付近の電場ピーク点が減少しながら装置壁方向にシフトしている．また，
O-point付近（r
/
rwall 0 . 4
付近）の電場が装置軸方向に向かって増加しがらシフトしている．
また，Fig. 2.55より，境界付近での大きな電場変化が読み取れる．これは中性流体入射方
向であるZ = -1境界付近で特に顕著なので，中性化の影響であると考える．
これらの変化が，Fig. 2.48, 2.49の磁場変化をもたらす．
次に，中性化による変化を確認するため，Fig. 2.50と同様に中性化を除いて計算した場合 の結果比較図を記す．（一番顕著な変化がZ方向電場の
r / r
wall 0 . 5
分布なので，そちらを記す．）
67 / 83
Fig. 2.56 Z方向電場の
r / r
wall 0 . 5
分布比較図．（3.88 [s] での比較．）Figure 2.56より，中性化の有無により境界付近での大きな電場変化が読み取れる．これは
中性流体入射方向であるZ = -1境界付近で特に顕著なので，中性化の影響であることが明 らかである．これは，本FRCモデルがSpheromakと異なり，中性化による影響が強く磁場・
電場分布共に表れていることを示す．
68 / 83
なお，FRCの平衡分布におけるθ方向電場は存在しないと述べたが，時間発展と共に発 生することがθ方向磁場と同様に本シミュレーションで判明した．中央面分布をFig. 2.57 に記す．
また，この電場は中性化の有無に関わらず発生し，θ方向磁場の生成に寄与する．
Fig. 2.57 θ方向電場の中央面分布．
69 / 83