プラズマイオン化を伴うMHD変換器

磁流体力学。新しい種類の磁流体力学的変換器：誘導型。ジャン＝ピエール・ペティおよびモーリス・ヴィトンによるノート。アンドレ・リシュネロヴィッチ氏が報告。CRAS 1976年。

…誘導型でイオン化制御が可能な円盤型MHD加速器が提案される。小型かつ高出力の電力発生装置と組み合わせれば、MHD航空機の実現が可能となる。壁面にプラズマを閉じ込めるための解決策も提示される。

…誘導型でイオン化制御が可能な円盤型MHD加速器が提案される。小型かつ高出力の電力発生装置と組み合わせれば、MHD航空機の実現が可能となる。壁面にプラズマを閉じ込めるための解決策も提示される。

序論。以前のノート（1）では、強いホール効果を利用する特殊な幾何形状のMHD変換器が記述された。これらの装置の一部は現在、実験段階にある。

…本ノートでは、交流磁場を用いるMHD加速器について述べる。絶縁材料で作られた円盤に、周辺部に交流電流を流すソレノイドを設置する（図1参照）。磁場の変化により、円盤周辺の流体中に円形の誘導電流が生じようとする。ホール効果は無視できるものとする。この誘導電流は、瞬間的な磁束密度Bと重なり合い、交互に遠心力と向心力となる径方向の力が生じる。系は対称的であるため、これらの力は径方向の乱れを引き起こすのみであり、1サイクルにおける運動量の積分はゼロとなる。誘導電流の強さは磁束密度Bのピーク値と周期Tに依存する。B/T比が一定の閾値を下回ると、誘導電流は微小となる。

イオン化制御型加速器。— しかし、円盤の壁面に何らかのイオン化装置を設置すれば状況は異なる。この装置により、加速器壁面周辺の任意の点における誘導電流の強さを制御できる。図3に示すように、イオン化装置の電源を制御する。イオン化の緩和時間は、磁場Bの周期Tに比べて十分短い条件を想定する。

…容易にわかるように、ラプラス力が発生する際、円盤上部近辺では遠心力となり、下部近辺では向心力となる。イオン化された空気は脈動的に駆動され、図4に示すような流体駆動が生じる。

MHD航空機。— この加速器に自己発電装置を備えれば、誘導型かつイオン化制御型のMHD航空機が実現する。以前のノート（1）ではMHDエンジンが紹介された。2サイクル式のエンジンで、MHD圧縮終了時に気体混合物内に核融合反応が発生する。このときプラズマが膨張し、装置はホール型電気発電機として動作する。

最近のラルフ・モアの論文（2）を一例として挙げておく。彼は異なる構造の交流MHDエンジンを提案しており、おそらくより単純である。この装置の核となるのはトロイダル（トカマク型）の室である。モアは、MHD圧縮によりラウソン条件に到達可能であると評価している。この装置では、θピンチ型の圧縮が行われる。核融合プラズマの膨張により、磁場力線が圧縮され、誘導によって直接電流が発生する。この二重構造（航空機と誘導型エンジン）の利点は、電極を通過する大電流を回避できることにある。

プラズマの壁面への閉じ込め。— 円盤型加速器の誘導ソレノイドは、壁面で磁場が最大となる。したがって、磁気圧は放電を壁面から遠ざける傾向を持つ。MHD相互作用の位置を制御するためには、磁場が壁面ではなく、その近傍で最大となる幾何構造が必要となる。図5に示すように、複数のソレノイドを用いる幾何構造により、これを実現できる。計算により、磁場強度は近似的に円錐面に沿って最大となることが示される。航空機の壁面として、磁場線に対して垂直な軌道を選ぶことが推奨される。これにより、ラプラス力がその軌道に接線方向となる。MHD航空機の概念はジャン＝ピエール・ペティによるものであり、複数ソレノイドによる閉じ込め幾何構造はモーリス・ヴィトンの発想である。

(*) 1976年12月8日会議
（1）J.P.ペティ、『カウンツ・レンデュ』、281、Bシリーズ、1975年、p.157
（2）R.モア、『核融合からのエネルギーの直接変換』、カリフォルニア州ローレンス・リバモア研究所報告UCRL 76096