LHDでプラズマの急変を直接観測　イオンのエネルギーが0.1ミリ秒以内に約30％上昇

核融合科学研究所などの研究チームが、LHDでMHDバースト直後のイオン速度分布を測定。局所の磁場方向の運動エネルギーが0.1ミリ秒以内に約30％上昇する現象を観測した。

発表日：2026-11-10

大型ヘリカル装置（LHD）で、プラズマの急激な揺れがイオンをどう加熱するのか。そのごく短い瞬間を、核融合科学研究所などの研究チームが捉えた。11月10日付の学術誌『Communications Physics』で報告したのは、MHDバーストと呼ばれる不安定現象が起きてから0.1ミリ秒以内に、発生場所の磁場方向のイオン運動エネルギーが約30％増えたという観測だ。揺れは単に熱を失わせるだけではなく、エネルギーの移り方そのものに関わっていた。

速すぎる変化を、速度分布から見る

チームは10kHzの高速荷電交換分光を使い、イオンが磁場に沿ってどんな速さで動くかを測った。イオン同士の衝突に要する約2〜3ミリ秒より、はるかに速く分布が変化した。特定の速度域に分布の平坦化が現れたことは、波から粒子へエネルギーが渡る「ランダウ減衰」「通過時間減衰」に対応する。

周辺の揺れが中心部にも及ぶ

MHDバーストは主にプラズマ周辺で生じる。一方、イオンエネルギーの変化は中心側にも及び、中心イオンの加熱に寄与していた。論文は、バースト開始時の磁気再結合と、それに続く波・粒子相互作用、位相空間での輸送を組み合わせて説明する。2022年の先行研究では波とイオン間の衝突を介さないエネルギー移動を捉えており、今回はその時間・空間的な広がりをより詳しく観測した。

核融合炉を設計するうえでは、揺れを抑えるだけでなく、そこに伴う熱と粒子の移動を理解しなければならない。ただし、この結果はLHDの実験条件でのイオン加熱の研究であり、将来炉の運転方法が確立したことを示すものではない。