高温電子が存在する定常トカマクスクレイプオフ層の勾配長及び乱流計測
Project/Area Number |
22K03576
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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Research Institution | Kyushu University |
Principal Investigator |
永島 芳彦 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90390632)
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Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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Keywords | プラズマ揺動 / スクレイプオフ層プラズマ / スクレイプオフ層 / 勾配長 / 乱流輸送 / 非誘導定常トカマク / 高速電子 |
Outline of Research at the Start |
九州大学応用力学研究所のQUEST装置では、第一壁温度制御による粒子バランス制御という、世界的に未踏の運転領域で核融合プラズマ研究を行っている。核融合炉のダイバーターへの熱負荷低減を目指すため、QUESTでも周辺プラズマの乱流輸送とスクレイプオフ層勾配長の観測と制御が希求されている。一方QUESTでは、電流駆動時に生成された高速電子が周辺プラズマへ間欠的に到達し、周辺プラズマの理解を複雑にしている。本研究では、QUEST定常トカマクを対象に、近年配備された耐熱プローブを用いてバルクプラズマと高温電子の情報を分別し、壁温度制御実験時の勾配長と乱流輸送の制御性の探索を目的とする。
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Outline of Annual Research Achievements |
本年度はQUESTにおいては実験を実施せず、基盤となる測定器の改良と測定回路・解析の最適化を実施した。実験が行われなかった理由は、対象となるプラズマの生成に必要な8.2GHz発振器の一つが故障したためである。今後研究対象となるトカマクプラズマについて、残りの8.2GHzクライストロン発振器によるトカマク生成を目指しつつ、8.56GHzクライストロンや28GHzジャイロトロン発振器で生成されたトカマクプラズマも対象とすることを検討している。 測定器の改良については、一部の熱電対を除去し、代替として冷却水流量計と水温計を設置し除熱量の測定に置き換えた。この改良によって、測定器の導入によるプラズマ生成真空容器内部の真空度が悪化を低減させ、将来的にマシンタイムを増やし豊富な実験データ取得が可能となる展望が得られた。 測定回路・解析の最適化については、スクレイプオフ層とプラズマパラメータの近いPANTA装置において,高速電圧掃引静電プローブ法を応用した研究を実施した。この研究は発光揺動トモグラフィー計測と静電プローブ計測のデータを比較するものであるが、回路や解析の調整を行った結果両計測で類似した電子温度揺動波形が得られたことから、間接的に高速電圧掃引法の適用範囲を検証でき、高次スペクトル解析適用の展望が得られた。 研究成果発表の実績としては、上記静電プローブとトモグラフィー計測の比較実験の成果をまとめJournal of the Physical Society of Japanに出版された。
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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
2022年度は、主に測定器本体(バイアス電極)の改良と、高速電圧掃引シングルプローブ測定回路と解析手法の最適化を行った。その一方、定常プラズマを生成するために必要な高周波発振器の一部故障のため、トカマクを対象とした実験は実施されなかった。 バイアス電極の改良点としては、一部の熱電対を除去することによってアウトガスを低減させた。これまでは、バイアス電極とプラズマ真空容器の間のゲートバルブを開放したときに真空度がわずかに悪化し常時計測ができずマシンタイムが限られていたが、この改良により実質的にマシンタイムが増加できる見込みとなった。一方熱電対の代替として冷却水流量計と冷却水水温計の整備により、プローブに流入する熱量の絶対値計測が可能となった。 測定回路と解析手法の最適化としては、直線プラズマ装置PANTAにおいて高速電圧掃引法を用いた研究を進めて論文化した。この研究は発光揺動トモグラフィー計測と静電プローブ計測のデータを比較するものであるが、回路や解析の調整を行った結果両計測で類似した電子温度揺動波形が得られた。波形の保存は、異なる周波数成分間の位相角を検証する上で重要であり、間接的に高速電圧掃引法が倍スペクトルのような高次スペクトル解析にも適用できる展望が得られた。
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Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、QUESTの幅広い運転領域においては実験を実施する予定である。夏季と冬季に専用のマシンタイムが予定されている。前年度のアウトガス対策によって、専用のマシンタイム以外の放電時間でも可能な限りのデータ取得する予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)