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Experimental simulations of divertor plasma and fundamental studies on plasma detachment by using the linear plasma device

Research Project

Project/Area Number 20J14206
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
Research InstitutionTokai University

Principal Investigator

瀧本 壽来生  東海大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsダイバータ / 非接触プラズマ / 直線型装置 / 核融合 / 水素同位体 / タングステン
Outline of Research at the Start

核融合炉の長時間運転には、ダイバータの健全性の維持が不可欠である。そのため、プラズマによる熱負荷を大幅に低減する、非接触プラズマの安定した生成および制御は重要な課題となっている。本研究では、大型装置では困難である、磁場の局所的な変化などの実験条件の外部制御と、比較的自由度の高い計測が可能な直線型プラズマ装置において、実際のダイバータに近いプラズマパラメータを実現することで、実際のダイバータプラズマにおける非接触化過程への密度・イオン温度・イオン流速等の寄与を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は,核融合装置のダイバータとダイバータ模擬実験装置である直線型装置との間に存在するプラズマパラメータ,特にイオン温度と電子密度のギャップを埋めるべく,本研究室の直線型装置TPDsheet-Uにおいて,高周波加熱によるイオン温度向上と第二陽極による電子密度の向上を企図したものである.
本年度は,高周波加熱によるイオン温度向上に関する実験と,第二陽極の設計・作製とプラズマパラメータの向上に関する実験を行った.その結果,高周波加熱による水素プラズマのイオン温度の向上と,第二陽極による電子温度の向上に成功した.当初の目標にこそ到達しなかったが,直線型装置のプラズマパラメータ向上という目的は達成できたと考える.具体的な実験内容と成果について,以下に述べる.
前年度のHeプラズマにおけるイオン加熱に引き続き,マッチング回路等の変更により水素プラズマにおける高周波加熱実験を行った.反磁性ループコイルによる計測の結果,500 Wの高周波加熱によって水素イオンの温度は約2.5 eVから約6.4 eVまで加熱された.今後は,高周波電場の印加周波数の最適化によるさらなるイオン温度向上と,非接触プラズマ生成実験のために作動排気系の確立が必要である.
第二陽極による実験については,第二陽極の作製が完了し,本研究室の直線型装置TPDsheet-Uへの設置も完了した.その後,下流領域でのLangmuirプローブ計測を実施した結果,第二陽極に+20 Vを印加した際,電子温度が約8 eVから約15 eVまで増加し,電子密度は約1.4E18 m^-3から約0.7E18 m^-3まで減少した.今後は,電子密度の向上のため,第二陽極の内部もしくは出口近傍においてガスと接触させる実験を行う必要がある.

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results)

  • [Journal Article] Characteristics of co-extracted electron beam current in sheet plasma-type cesium-free negative-ion source2021

    • Author(s)
      Kaminaga Hiroki、Takimoto Toshikio、Tonegawa Akira、Sato Kohnosuke
    • Journal Title

      Fusion Engineering and Design

      Volume: 168 Pages: 112676-112676

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2021.112676

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Characteristics of the extracted negative-ion beam in a cesium-free negative-ion source using TPDsheet-U2021

    • Author(s)
      Tonegawa A.、Kaminaga H.、Hanai K.、Takimoto T.、Sato K.N.、Kawamura K.
    • Journal Title

      Nuclear Fusion

      Volume: 61 Issue: 10 Pages: 106030-106030

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ac21fa

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Cs-Free Negative-Ion Source by Sheet Plasma2020

    • Author(s)
      HANAI Keito、TAKIMOTO Toshikio、KAMINAGA Hiroki、TONEGAWA Akira、SATO Kohnosuke、KAWAMURA Kazutaka
    • Journal Title

      Plasma and Fusion Research

      Volume: 15 Issue: 0 Pages: 2401029-2401029

    • DOI

      10.1585/pfr.15.2401029

    • NAID

      130007846229

    • ISSN
      1880-6821
    • Year and Date
      2020-05-13
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Characteristics of extracted ion beam froma cesium-free negative ion source usingsheet plasma2020

    • Author(s)
      Hiroki Kaminaga, Toshikio Takimoto, Akira Tonegawa, Kohnosuke Sato
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 91 Issue: 11 Pages: 113302-113305

    • DOI

      10.1063/5.0013364

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Similarity of behavior between a recombination sheet plasma and aurora-curl2020

    • Author(s)
      MIYAMATSU Hiroaki、TAKIMOTO Toshikio、TONEGAWA Akira、KAWAMURA Kazutaka、SATO Kohnosuke
    • Journal Title

      Journal of Advanced Science

      Volume: 32 Issue: 0 Pages: n/a

    • DOI

      10.2978/jsas.32105

    • NAID

      130007867688

    • ISSN
      0915-5651, 1881-3917
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Effects of Magnetic Filter SMF on the Reduction in Co-Extracted Electrons for Cs-free Negative Ion Source Using TPDsheet-U2021

    • Author(s)
      Hiroki Kaminaga, Ryuichi Onuma,Taiga Goka, Toshikio Takimoto, Akira Tonegawa, Kohnosuke Sato, Kazutaka Kawamura
    • Organizer
      19th International Conference on Ion Sources
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics of plasma parameters with magnetic filter of SMF on negative ion source using TPDsheet-U.2021

    • Author(s)
      Hiroki Kaminaga, Ryuichi Onuma,Taiga Goka, Toshikio Takimoto, Akira Tonegawa, Kohnosuke Sato, Kazutaka Kawamura
    • Organizer
      The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reduction of co-extracted electron current by SMF using Cs-free negative ion source2021

    • Author(s)
      Taiga Goka, Ryuichi Onuma,Hiroki Kaminaga, Toshikio Takimoto, Akira Tonegawa, Kohnosuke Sato, Kazutaka Kawamura
    • Organizer
      The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics of surface morphology and deuterium retention for tungsten after detached plasma exposure2021

    • Author(s)
      KANEKO Arata, HAYASHI Shunsuke, TAKIMOTO Toshikio, TONEGAWA Akira, UCHIDA Helmut Takahiro, MATSUMURA Yoshihito, SATO Khonosuke, KAWAMURA Kazutaka
    • Organizer
      The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NBI用非Cs型負イオン源での磁気フィルターを用いた随伴電子低減実験2021

    • Author(s)
      大沼龍一,五家大我, 神永啓希, 瀧本壽来生,利根川昭,佐藤浩之助,河村和孝
    • Organizer
      33rd SAS Symposium
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] シートプラズマを用いた非セシウム型負イオン源における負イオン生成条件の最適化2021

    • Author(s)
      神永啓希,大沼龍一, 五家大我, 瀧本壽来生,利根川昭,佐藤浩之助,河村和孝
    • Organizer
      第38回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁化シートプラズマを用いた非Cs型負イオン源の随伴電子低減特性2021

    • Author(s)
      五家大我,大沼龍一, 神永啓希, 瀧本壽来生,利根川昭,佐藤浩之助,河村和孝
    • Organizer
      第38回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 非接触プラズマに暴露したタングステンの表面改質と重水素吸蔵量の計測2021

    • Author(s)
      金子新、林俊輔、瀧本壽来生、利根川昭、内田ヘルムート貴大、松村義人、佐藤浩之助、河村和孝
    • Organizer
      第38回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 再堆積層タングステンへの重水素プラズマ暴露実験2021

    • Author(s)
      林俊輔、金子新、瀧本壽来生、利根川昭、内田ヘルムート貴大、松村義人、佐藤浩之助、河村和孝
    • Organizer
      第38回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Characteristics of the Extracted Negative-Ion Beam in a Cesium-Free Negative-Ion Source using TPDSheet-U2021

    • Author(s)
      Akira TONEGAWA, Hiroki KAMINAGA, Keito HANAIN, Toshikio TAKIMOTO, Kohnosuke Sato, Kazutaka KAWAMURA
    • Organizer
      28th IAEA Fusion Energy Conference
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of plasma detachment on tungsten divertor in the divertor simulator TPDsheet-U2021

    • Author(s)
      Toshikio Takimoto, Arata Kaneko, Shunsuke Hayashi, Akira Tonegawa, Helmut Takahiro Uchida, Yoshihito Matsumura, Kohnosuke Sato
    • Organizer
      18th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ダイバータプラズマ模擬に向けたイオン加熱実験2021

    • Author(s)
      岡田尚徳,瀧本壽来生,山田雄悟, 利根川昭,佐藤浩之助,河村和孝
    • Organizer
      33rd SAS Symposium
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ダイバータ壁のタングステン再堆積層を模擬した試料へのプラズマ暴露実験2021

    • Author(s)
      坂本雄一,林俊輔,金子新,瀧本壽来生,利根川昭.内田ヘルムート貴大,松村義人,佐藤浩之助,河村和孝
    • Organizer
      33rd SAS Symposium
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 先進ダイバータを模擬した湾曲発散磁場によるプラズマの揺動解析2021

    • Author(s)
      山田雄悟,瀧本壽来生,利根川昭,佐藤浩之助,河村和孝
    • Organizer
      33rd SAS Symposium
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 接触・非接触プラズマ暴露のタングステン試料の表面比較2021

    • Author(s)
      大嶋宙,金子新,林俊輔,瀧本壽来生,利根川昭,内田ヘルムート貴大,松村義人,佐藤浩之助,河村和孝
    • Organizer
      33rd SAS Symposium
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 直線型装置TPDsheet-Uにおける高温・高密度プラズマの生成とその非接触化2021

    • Author(s)
      瀧本壽来生,岡田尚徳,利根川昭,佐藤浩之助,河村和孝
    • Organizer
      第38回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Reduction of co-extracted electron beam by magnetic conguration on negative ion source by using TPDsheet-U2020

    • Author(s)
      Hiroki Kaminaga
    • Organizer
      The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurement of deuterium retention and permeation for tungsten exposed to D-He mixed plasma and detached deuterium plasma2020

    • Author(s)
      Arata Kaneko
    • Organizer
      The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristic of co-extracted electron beam current in sheet plasma type cesium free negative ion source2020

    • Author(s)
      Hiroki Kaminaga
    • Organizer
      31th edition of the Symposium on Fusion Technology
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantitative measurements of deuterium retention and permeation for tungsten after high flux D-He mixed plasma exposure using titanium2020

    • Author(s)
      Arata Kaneko
    • Organizer
      31th edition of the Symposium on Fusion Technology
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics of deuterium retention for tungsten after detached deuterium plasma exposure2020

    • Author(s)
      Toshikio Takimoto
    • Organizer
      31th edition of the Symposium on Fusion Technology
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] タングステンへの非接触プラズマ暴露実験2020

    • Author(s)
      瀧本壽来生
    • Organizer
      令和2年度第2回「境界プラズマダイナミクスの更なる理解に向けた分野横断的研究」研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] シートプラズマを用いた非セシウム型負イオン源での磁性体による引き出し電流比Ie/IH-への影響2020

    • Author(s)
      神永啓希
    • Organizer
      負イオン研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 非接触プラズマ暴露によるタングステンの重水素吸蔵量2020

    • Author(s)
      瀧本壽来生
    • Organizer
      第37回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素吸蔵金属を用いたD-He混合プラズマ曝露下におけるタングステン中の重水素吸蔵・透過の測定2020

    • Author(s)
      金子新
    • Organizer
      第37回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] TPDsheet-Uを用いた非セシウム型負イオン源での磁性体によるビーム引出しへの影響2020

    • Author(s)
      神永啓希
    • Organizer
      第37回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 核融合壁材料であるタングステンへの重水素プラズマ暴露実験2020

    • Author(s)
      林俊輔
    • Organizer
      32nd SAS Symposium
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 核融合プラズマ加熱用非Cs型負イオン源のビーム引き出し特性2020

    • Author(s)
      永坂優弥
    • Organizer
      32nd SAS Symposium
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] D-He混合プラズマおよび重水素非接触プラズマ暴露によるタングステン材料への影響2020

    • Author(s)
      金子新
    • Organizer
      令和2年度第1回「境界プラズマダイナミクスの更なる理解に向けた分野横断的研究」研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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