| Project/Area Number |
22H00117
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
長崎 百伸 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (20237506)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永岡 賢一 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (20353443)
桑原 大介 中部大学, 理工学部, 准教授 (60645688)
小林 進二 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (70346055)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥36,270,000 (Direct Cost: ¥27,900,000、Indirect Cost: ¥8,370,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2022: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
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| Keywords | 高エネルギー粒子 / MHD不安定性 / ECH/ECCD / 閉じ込め磁場配位 |
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| Outline of Research at the Start |
磁場閉じ込め核融合プラズマにおいて、アルファ粒子や中性粒子ビームといった高エネルギー粒子（energetic particle, EP）を良好に閉じ込めることは、加熱効率を向上させ、高性能炉心プラズマの生成・維持するために重要な課題である。本研究では、電子サイクロトロン共鳴加熱・電流駆動（ECH/ECCD）や回転変換などの磁場配位パラメタといった外部制御が可能なアクチュエータを組み合わせることでEP励起MHD不安定性の制御手法を開発する。複数のアクチュエータによって励起・減衰の物理機構を明らかにするとともに、EPが駆動する測地線音波モード（EGAM）によるバルクイオンの直接加熱を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場閉じ込め核融合プラズマにおいて、核融合反応によって生成されるアルファ粒子や加熱用中性粒子ビームといった高エネルギー粒子（energetic particle, EP）を良好に閉じ込めることは、加熱効率を向上させ、高性能炉心プラズマの生成・維持するために重要な課題である。本研究では、炉心プラズマ閉じ込めの劣化やプラズマ対向壁の損傷を引き起こすEP励起MHD不安定性を克服するため、電子サイクロトロン共鳴加熱・電流駆動（ECH/ECCD）や回転変換などの磁場配位パラメタといった外部制御が可能なアクチュエータを組み合わせることで大型実験装置や原型炉に外挿可能なEP励起MHD不安定性の制御手法を開発する。また、複数のアクチュエータによってEP励起MHD不安定性の励起・減衰の物理機構を明らかにする。
EP励起MHD不安定性の励起・減衰の制御と物理過程を理解するためには、AEの空間構造を実験的に求めることが重要となる。そのため、AEの空間構造の特性に合わせた局所揺動計測システムを開発する必要がある。巨視的アルヴェン固有モード（GAE）、ベータ駆動アルヴェン固有モード（BAE）といったAEはコアプラズマの広い領域にわたり励起されため、それらのモード計測のために、ECEラジオメータ・BESシステムの改良を進めた。また、高エネルギー粒子モード（EPM）はプラズマ周辺領域に局在的に励起されるため、マイクロ波反射計システムを用いて周辺領域での空間構造を計測した。これらの計測機器を用い、EP励起MHD不安定性のECHに対する応答を調べることで、EP励起MHD不安定性の励起・減衰の物理過程を調べた。プラズマ実験において磁場配位依存性、ECHパワー依存性に関するデータを取得し、モードの励起・抑制が磁場配位に依存すること、ECHパワーに最適値があることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
EP励起MHD不安定性の励起・減衰の物理過程を理解するためには、AEの空間構造を実験的に求めることが重要となる。巨視的アルヴェン固有モード（GAE）、高エネルギー粒子モード（EPM）といったモード計測のためには、局所的なMHD揺動計測が可能なECEラジオメータ（電子温度揺動計測）、及び、マイクロ波反射計システム（密度揺動計測）を開発する必要がある。これまで開発したこれらの計測システムをHeliotron J装置に適用し、Heliotron Jプラズマ実験において電子温度、及び、電子密度揺動の計測が行えることを確認している。 得られた実験結果から、モードがモード数や磁場配位によってECHに対する応答性が異なること、安定化のECHパワーに最適値があり、低いECHパワーや高いECHパワーの場合にはモードの励起が強くなることが実験的と得られている。FAR3dコードを用いた理論解析も進展し、モード数やモード空間構造が実験と理論で一致することがわかった。モードの励起・減衰に影響を与える高エネルギー粒子圧力とECHによるバルク電子圧力、連続減衰、ランダウダンピング、等のバランスに関して、詳細な解析を現在進めている。本研究成果は、今年3月に開催された日本物理学会春季大会で発表するとともに、今年10月に中国・成都で開催される第30回IAEA核融合エネルギー会議での国内審査でポスター発表に採択された。
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| Strategy for Future Research Activity |
EP励起MHD不安定性の励起・減衰の制御と物理過程を理解するためには、AEの空間構造を実験的に求めることが重要となる。GAE、BAEといったAEはコアプラズマの広い領域にわたり励起されため、それらのモード計測のために、これまで開発してきたECEラジオメータ・BESシステムを用いて、コアプラズマ領域の局所的な揺動を計測する。また、高エネルギー粒子モード（EPM）はプラズマ周辺領域に局在的に励起されるため、マイクロ波反射計システムを用いて周辺領域での空間構造を計測する。このため、ECEラジオメータ及びマイクロ波反射計システムの改良を今年度も継続する。また、EP励起MHD不安定性のECHに対する応答を調べることで、EP励起MHD不安定性の励起・減衰の物理過程を調べる。Heliotron J装置において、ラジオメータ、反射計を用いることでNBIプラズマでのGAE, EPMの径方向分布の計測を進めるとともに、ECH/ECCD、及び、磁場配位制御に対する応答を調べる。また、LHD装置においてもAE安定化実験を行う。STELLGAP code、FAR3d codeといった理論シミュレーション結果と比較し、モードの励起・抑制の物理機構を探索する。令和7年度が最終年度であることから、研究成果を取りまとめ、国際ジャーナル誌へ投稿、また、IAEA核融合エネルギー会議、日本物理学会等で発表する。
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