| Project/Area Number |
19K03787
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
長谷川 裕記 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (60390639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 宏彦 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60609981)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 非接触プラズマ / 径方向輸送 / 直線型装置実験 / 粒子シミュレーション / フィードバック不安定性 |
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| Outline of Research at the Start |
本課題では、非接触プラズマ（磁場閉じ込め核融合装置の周辺領域では磁力線終端部に受熱板(ダイバータ板)があり、そこに至るプラズマの熱流を低減させるために、中性ガスの導入によってプラズマをダイバータ板から離すプラズマ非接触化が提案されている。このときのプラズマを「非接触プラズマ」と呼ぶ）を電流機構の異なる磁化プラズマ結合系としてとらえた理論モデルを構築し、先進的な数値シミュレーション、そして、直線型装置実験との相互検証を重ねることにより、非接触プラズマにおける径方向ダイナミクスの解明をめざす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場閉じ込め核融合装置の境界領域では磁力線終端部にあるダイバータ板へ至るプラズマの熱流を低減させるために、中性ガスの導入によってプラズマをダイバータ板から離すプラズマ非接触化が提案されている。このときのプラズマを「非接触プラズマ」と呼ぶが、磁場閉じ込め核融合実現のためには、この非接触プラズマによる熱流の制御が必要不可欠である。本課題では、非接触プラズマを電流機構の異なる磁化プラズマ結合系としてとらえた理論モデルを構築し、先進的な数値計算、直線型装置実験との相互検証を重ねることにより、非接触プラズマにおける径方向ダイナミクスの解明をめざしている。令和5年度は、前年度に引き続き、これまで開発を進めてきている3次元静電粒子シミュレーションコードを用いて、初期に径方向の密度勾配のみを与えたプラズマから径方向輸送が生じる過程を再現する大規模計算を実行し、その解析を進めた。終端板がある場合とない場合とを比較することにより、終端板の効果を調べたところ、終端板により長波長揺動の成長が妨げられ、径方向輸送が抑えられたと考えられる傾向が捉えられた。また、本研究では、現象中の粒子のダイナミクスを解析することも重要であるため、同粒子コードに粒子軌道解析のためのルーチンを実装した。そして、同ルーチンを用いた計算により、密度勾配に起因する不安定性により成長した揺動によってイオンが加熱される現象を観測し、その粒子軌道の詳細な解析から、磁場に対して垂直方向に加速されたイオンだけでなく、平行方向に加速されたイオンも観測され、ともに、初期段階での旋回半径が鍵となることが示唆された。今後は、現在進行中である非接触プラズマを再現するための素過程の導入を完了させるとともに、当該コードによる計算、理論モデル、直線型装置実験との相互の比較を通じて、非接触過程が輸送などの諸現象に与えるダイナミクスの解明をめざす。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初計画では、研究の初期に構築した非接触プラズマの理論モデルに基づくシミュレーションコードの開発、実行、並びに、非接触1次元粒子コードの再結合過程計算部分の改良等を進め、その後、3次元静電粒子コードを基盤とする複合コードを開発し、理論モデル、直線型装置実験との比較検証をおこなうこととしていたが、上記研究実績の概要にも示したように、現時点においては、理論・数値研究では3次元静電粒子コードによる大規模シミュレーションの実行、そして、同コードへの素過程導入を進めている。素過程の導入において疑似乱数生成ライブラリに関する問題が生じたこともあり、当初計画からの多少の遅れが見られるが、コード開発環境等も整っているため、当初目的に向けた研究の実施は十分に可能であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題では、研究代表者が中心となって進める理論、および、数値計算に関する研究、そして、研究分担者が中心となり名古屋大学の直線型装置NAGDIS-IIを用いて実施する直線型装置実験に関する研究、この両者が相補的に協同することによって、その物理解明を目指しており、令和6年度は、本年度に引き続き、3次元径方向輸送粒子コードによる解析、疑似乱数生成ルーチンに関する課題を解決したうえでの同コードへの素過程モデルの導入（複合コード開発）を進めるとともに、その計算結果と理論モデル、多次元時空間挙動抽出法による実験観測結果との比較検証などを、順次、進めていく。さらに、成果の発表、とりまとめも行う。
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