局所ECRに伴うプラズマ電位形成機構

これまでの詳細な実験により、局所ECRによる不均一磁場配位中のプラズマ電位形成は、局所ECRによる選択的な電子の磁力線方向加速及び減速に対し、プラズマ準中性条件の要請によって自己無憧着にイオンを加速及び減速するような電位が形成されるという、極めて簡潔な機構で説明できることが判明した。 1.まず、局所ECRによる電位形成の安定性とECR点における磁場曲率の良悪との関係を解明すべく実験を行った。すなわち、ステップ状収束型ミラー磁場中にパルスプラズマを流入し、磁力線方向電位分布の時間発展と低周波不安定波動の測定を行った結果、ECR点が悪い磁場曲率領域に存在する場合にはドリフト及びフルート型の不安定性が増強されるため、ECR点近傍に過渡的に形成されたプラズマ流障壁電位(局所電位くぼみと後続する電位上昇)が定常状態では崩壊するが、ECR点が良い磁場曲率領域に存在する場合にはそれらの不安定性が増強されずにプラズマ流障壁電位は定常状態においても維持されることが明らかになった。この成果は、井戸型ミラー磁場配位において最小磁場点がECR点に一致する場合には過渡的にしかプラズマ流障壁電位形成が観測されない、という実験結果を矛盾なく説明することができた。 2.次に、井戸型磁場配位において平均磁場強度を変えてECR点が二つ存在する場合の電位分布を測定した結果、2点間に電子温度の10倍以上相当の電位くぼみとそれに後続した第二共鳴点近傍のイオンフローエネルギー相当の電位上昇(イオンプラグ電位)が観測された。この大きな電位くぼみは、これまでのECR効果(磁力線方向のμ∇B電子減速)とはむしろ反対に第一共鳴点における磁力線方向のμ∇B電子加速に起因することが、より単純な発散型磁場中のECR共鳴実験によって明らかにされた。この場合には、大きな沿磁力線イオン加速を伴うことも実証された。