| Project/Area Number |
21J10404
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
内藤 晋 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | トカマクプラズマ / 垂直位置不安定性 / サドルコイル群 / 非軸対称平衡 / MHD安定性解析 / サドルコイル / 非軸対称磁場 |
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| Outline of Research at the Start |
核融合発電炉実現の第一候補として期待されているトカマク型装置は、プラズマ断面を縦長にすることでその核融合出力を上昇させることが可能であることが知られている。一方プラズマ断面を縦長にするほどプラズマが上下位置不安定な状態になり、プラズマの炉壁衝突の危険性が高まることから、実現可能なプラズマの縦長度には上限が存在する。本研究では、軸対称な磁場構造のトカマク装置に単純な構造のサドルコイルを複数設置することで、強い非軸対称磁場を重畳する。この非軸対称磁場により、軸対称磁場では不可能な縦長かつ上下位置安定なトカマクプラズマを実現し、最終的には実現可能な縦長度の上限を拡張することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ垂直位置の安定化効果が実験的に確認された、複数のサドルコイルが生成する磁場が重畳されたプラズマ平衡に対する、数値計算的なアプローチを用いた解析をさらに進めた。垂直位置の安定化効果に関しては、前年度に引き続き３次元線形理想MHD安定性解析コードTERPSICHOREを用いてより詳細な解析を行った。これにより、理想導体壁とプラズマとの距離が一定の時、垂直位置安定化に必要なサドルコイル電流とプラズマ楕円度との関係を計算した。その結果。高縦長度トカマクプラズマの垂直位置を安定化するには、サドルコイル群にプラズマ電流の数倍以上のオーダーの電流を印加する必要がある事が明らかになった。
また垂直位置の安定性だけでなく、複数のサドルコイルが生成する磁場の非軸対称成分の強さや、高エネルギー粒子輸送に与える影響を、実効ヘリカルリップル計算コードNEO, Boozerスペクトル計算コードBOOZ_XFORMを用い検証した。その結果、サドルコイルが生成する磁場は、Boozer座標上で(m, n) = (0, 1), (0, 3)等の非軸対称な成分が支配的で、サドルコイル磁場の強度を強めるほど有効ヘリカルリップルも顕著に大きくなってしまう事が、定量的に確かめられた。
以上の結果から、単純形状のサドルコイル群では垂直位置の安定化効果に限界があり、また高エネルギー粒子の閉じ込めにも無視できない影響を与えてしまう事が、数値計算により明らかになった。今後はコイル形状を最適化することで、垂直位置の安定化効果が高く、なおかつ輸送に与える影響が小さいコイルを設計することが望まれる。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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