Frontier Exploration of Internal Transport Barrier Formation for Fusion Plasma by Electromagnetic Field Control

• Project/Area Number: 19K03792
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Minami Takashi 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (40260046)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 磁場閉じ込め核融合 / ヘリカル型装置 / Heliotron J装置 / トムソン散乱計測 / マルチパストムソン散乱計測 / 電子内部輸送障壁 / プラズマ制御 / プラズマ物理 / 磁場閉じ込め核融合炉 / プラズマ閉じ込め / 有理面 / 磁気島 / プラズマ速度空間分布 / 電子プラズマ熱輸送 / 電子内部輸送法壁 / 磁気島形成 / 閉じこめ改善 / 核融合エネルギー / 高温プラズマ計測 / 内部輸送障壁形成 / ヘリカルプラズマ / 電場遷移現象 / 非等方電子速度分布

Outline of Research at the Start

本研究は核融合エネルギー実現に向けてヘリカル型磁場閉じ込め装置のプラズマ閉じ込め性能の向上を目指します。電磁場制御によりプラズマ中に閉じ込め性能の優れた領域、すなわち内部輸送障壁を形成するための手法を開拓します。そのために、これまでにない発想に基づくプラズマ計測装置、ダブルポケルスセル型マルチパストムソン散乱計測装置を開発し、超高精度プラズマ温度密度分布計測や非等方電子速度分布計測を目指します。

Outline of Final Research Achievements

An improvement of plasma confinement is required for realizing fusion reactor in order to generate fusion energy. The knowledge of a dynamics of an internal transport barrier contribute to the fusion plasma performance.
In a helical plasma, which can generate an electric field independently of the magnetic field structure, the dynamic physical mechanism of plasma structure formation, which is linked to the formation of an internal transport barrier, is studied. By developing a double pockels cell-type multi-path Thomson scattering measuring device (DPMP-TH), the non-isotropic velocity distribution of electrons can be measured, and the effect of the electron velocity distribution on plasma transport and barrier formation is investigated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

人類共通のエネルギー問題解決、それに伴う持続可能な社会の創造、地球温暖化問題を始めとする地球環境問題の解決のために磁場閉じ込め核融合炉によるエネルギー生成の実現を目指した。そのために必要な高性能プラズマ生成を実現するためにプラズマの熱輸送を改善を目指した。本研究により得られた電子内部輸送障壁形成に対する知見は、この目標達成に資する成果と考えている。

Research Products

• [Journal Article] Design of Compact Multi-Path Thomson Scattering Diagnostic with Signal Delay System in Heliotron J (2020)
  • Author(s): D.QIU, T.Minami, T.Nishide, M.Miyoshi, Y.Yamanaka, S.Kado, S.Ohshima, K.Nagasaki, H.Okada, S.Kobayashi, T.Mizuuchi, S.Konoshima, R.Yasuhara
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 15 Issue: 0 Pages: 2401044-2401044
  • DOI: 10.1585/pfr.15.2401044
  • NAID: 130007882172
  • ISSN: 1880-6821
  • Year and Date: 2020-07-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Current status and plan of development of Nd:YAG laser Thomson scattering system in Heliotron J (2020)
  • Author(s): T.Minamia, D.Qiub, T.Nishideb, M.Miyoshib, Y.Yamanakab, N.Kenmochic, R.Yasuharad, C.Takahashia, S.Kobayashia, H.Okadaa, S.Kadoa, S.Ohshimaa, T.Mizuuchia and K.Nagasaki
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 15 Issue: 02 Pages: C02011-C02011
  • DOI: 10.1088/1748-0221/15/02/c02011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Current Status and Plan of Development of Nd:YAG Laser Thomson Scattering System in Heliotron J (2020)
  • Author(s): T.Minami et al.
  • Journal Title: Journal of Instrmentation Volume: 15
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Effect of magnetic field structure on electron internal transport barrier formation in Heliotron J (2021)
  • Author(s): Takashi Minami
  • Organizer: 5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Invited
• [Presentation] ヘリオトロン J における Nd:YAG レーザマルチパストムソン 散乱計測装置の性能向上 (2021)
  • Author(s): 篠塚凌我
  • Organizer: 第38回プラズマ核融合学会
• [Presentation] Heliotron J における電子内部輸送障壁形成への電子サイクロ トロン波電流駆動の影響 (2021)
  • Author(s): 南貴司
  • Organizer: 第38回プラズマ核融合学会
• [Presentation] Development of Double Pockels Cells Multi-path Thomson Scattering System in Heliotron J based on Gauss Beam Analysis (2020)
  • Author(s): D.Qiu, T.Minami, Y.Yamanaka, M.Miyoshi, R.Shinotsuka, M.Luo, S.Kado, N.Kenmochi, S.Ohshima, S.Kobayashi, H.Okada, S.Konoshima, T.Mizuuchi, K.Nagasaki
  • Organizer: AAPPS-DPP20202020 as e-conference 4th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Multi-path Nd:YAG Laser Thomson Scattering System in Heliotron J (2020)
  • Author(s): Takashi Minami, Dechan Qiu, Masahiro Miyoshi, Yuta Yamanaka, Naoki Kenmochi, Ryo Yasuhara, Chihiro Takahashi, Shinji Kobayashi, Hiroyuki Okada1, Shnichiro Kado, Shinsuke Ohshima, Tohru Mizuuchi, and Kazunobu Nagasaki
  • Organizer: Higt-Temperature Plasma Diagnostics Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Double Pockels Cells Multi-path Thomson Scattering System in Heliotron J based on Gauss Beam Analysi (2020)
  • Author(s): D,Qiu, T,Minami, M,Miyoshi, Y,Yamanaka, S,Kado, N,Kenmochi, C,Takahashi, H,Okada, S,Ohshima, S,Kobayashi, S,Konoshima, T,Mizuuchi, M,Luo, K,Nagasaki
  • Organizer: 日本物理学会 2020秋季大会
• [Presentation] ヘリオトロンJにおける異なる磁場配位でのECHプラズマの実効電子熱拡散係数の比較Ⅱ (2020)
  • Author(s): 山中雄太、南貴司、大島慎介、Dechuan Qiu、三好正博、篠塚凌我、南雲竜也、釼持尚輝、門信一郎、岡田浩之、小林進二、木島滋、水内亨、長﨑百伸
  • Organizer: 第37回プラズマ・核融合学会 年会
• [Presentation] ヘリオトロンJにおけるNd:YAGレーザトムソン散乱計測のためのイベントトリガシステムの開発 (2020)
  • Author(s): 三好正博、南貴司、釼持尚輝、Dechuan Qiu、山中雄太、篠塚凌我、南雲竜也、高橋千尋、岡田浩之、門信一郎、大島慎介、小林進二、木島滋、水内亨、長﨑百伸
  • Organizer: 第37回プラズマ・核融合学会 年会
• [Presentation] ヘリオトロンＪにおける計測精度向上のための Nd: YAGレーザーマルチパストムソン散乱計測装置の開発 (2019)
  • Author(s): 西出拓也
  • Organizer: 第36回プラズマ・核融合学会 30Ca10
  • Invited
• [Presentation] ヘリオトロンJにおけるNd:YAGレーザートムソン散乱計測を用いた電子蓄積エネルギーの磁場配位依存性の評価 (2019)
  • Author(s): 三好正博
  • Organizer: 第36回プラズマ・核融合学会 30Ca11
  • Invited
• [Presentation] ヘリオトロンJにおける異なる磁場配位でのECHプラズマの実効電子熱拡散係数の比較 (2019)
  • Author(s): 山中雄太
  • Organizer: 第36回プラズマ・核融合学会 02P52
• [Presentation] Current Status and Plan of Development of Nd:YAG Laser Thomson Scattering System in Heliotron J (2019)
  • Author(s): 南貴司
  • Organizer: 19th Laser aided plasma diagnostics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design of compact multi-path Thomson scattering diagnostics with signal delay system in Heliotron J (2019)
  • Author(s): 邱德川
  • Organizer: The 28th International Toki Conference P1-12
  • Int'l Joint Research