WEST (プラズマ装置)とは？わかりやすく解説

WEST(Tungsten Environment in Steady-state Tokamak、「W」は元素記号でTungstenを表す)(旧称：Tore Supra)^[1]は、フランスのトカマク型核融合実験装置である。以前は「Tore Supra」と呼ばれていた。TFR(Tokamak de Fontenay-aux-Roses)（フォントネー＝オー＝ローズのトカマク）と（グルノーブルの）ペチュラが運転終了後に、その後継となる装置として運転を開始した。元の名称は「トーラス(Tore)」と「超伝導体(Supraconductivité)」という言葉に由来する。これは、「Tore Supra」は長い間、この規模のトカマクとしては唯一、超伝導のトロイダル磁場コイルを備えており、強力な定常トロイダル磁場を生成できたためである。タングステン製の壁とダイバータを設置する大規模な改修を経て、このトカマクはWEST（別のトカマクであるEAST^[2]にちなんだ名称）へと改称された。

WESTは、原子力・代替エネルギー庁の拠点の一つである、プロヴァンス地方のブーシュ＝デュ＝ローヌ県にあるカダラッシュ原子力研究センターに位置している。「Tore Supra」は1988年から2010年にかけて運転された。その目標は、長時間持続するプラズマを生成することであった。 WESTへの改修は2013年から2016年にかけて行われた。 WESTは2016年から運転を続けている。

「Tore Supra」はトカマクにおけるプラズマ持続時間の世界記録である6分30秒を長らく保持していた^[3]。2003年には1000 MJを超えるエネルギーをプラズマに注入・抽出し、プラズマ対向壁部品や超伝導磁石といった重要な機器を研究者が試験することを可能にし、これらは後継機であるITERで使用される予定である。 ITERが長期の遅延に直面する中、WESTは運転を続け、2025年2月12日に、低温度帯での運転ながら22分17秒という新たな持続時間の記録を樹立した^[4]。

デバイスパラメータ

1988年時点の「Tore Supra」の主要仕様：

プラズマ大半径（装置中心からプラズマ中心まで)：2.25 m
プラズマ小半径：0.70 m
プラズマ中心部におけるトロイダル磁場強度：4.5 テスラ
プラズマ電流：1.7 メガアンペア
最長プラズマ放電時間（予測値）：1000 秒
プラズマ補助加熱（イオンサイクロトロン共鳴加熱、電子サイクロトロン共鳴加熱、および低域混合波電流駆動）：20 メガワット

2006年時点の「Tore Supra」の主要仕様（パラメータは実質的に同一）^[5]：

ニオブ・チタン超伝導体の重量：約45トン
導体における最大磁場：9.0 テスラ
磁気エネルギー総量：600 メガジュール
磁気回路の重量：830 トン

2018年時点のWESTの主要仕様 ^[6]：

プラズマ大半径（装置中心からプラズマ中心まで)：2.5 m
プラズマ小半径：0.50 m
プラズマコア中心部におけるトロイダル磁場：3.7 テスラ
プラズマ電流：1 メガアンペア
最長プラズマ放電時間（予測値）：1000 秒
プラズマ補助加熱（イオンサイクロトロン共鳴加熱、電子サイクロトロン共鳴加熱、および低域混合波電流駆動）：17 メガワット

「Tore Supra」の運用（1988年〜2010年）

1998年までに、最長2分間のプラズマ放電を2万回以上生成した^[7]。

2000年から2002年にかけて、真空容器は全面的に更新され、内張りも新しくされた^[8]。能動冷却によって除熱能力を25 MWに高めた（プラズマ放電をより長く持続できるようにするため）^[9]。

2003年12月、プラズマ放電時間6.5分という記録を達成した^[3] ^[7]これはプラズマ放電#32299であり、低域結合波電力は約2.9 MW、総注入エネルギーは約1.1 GJ、プラズマ電流は約500 kA、線積分密度 nl は約2.6 × 10¹⁹ m⁻²であった。

WEST

2013年3月から^[10]、「Tore Supra」は大規模な改修を受けた。改修には、ダイバータ運転を実現するための新しいポロイダルコイルの設置、新しい冷却システムの導入、および全金属製の被覆（クラッディング）への変更が含まれており、主な目的はITER向けのタングステン製ダイバータ技術に関する実験である^[11]。この装置は「WEST」と改称された。これは「タングステン（の元素記号「W」）Environment in Steady-state Tokamak」（定常状態トカマクにおけるタングステン環境）の略称である^[12]。 2016年12月、WESTは初プラズマを達成した^[13]。 2025年2月12日、WESTは1,337秒間にわたるプラズマの維持に成功した^[14]。