| Project/Area Number |
22K14022
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
東郷 訓 筑波大学, 数理物質系, 助教 (80779603)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 周辺プラズマ / ダイバータ熱負荷制御 / ジャイロ運動論的シミュレーション / 時間発展シミュレーション / ジャイロ位相 / 熱流束広がり幅 / 乱流輸送 |
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| Outline of Research at the Start |
核融合プラズマでは核燃焼プラズマから周辺プラズマに定常的に熱流が流入する。熱流の広がり幅が小さいほど狭い受熱面積に熱流が集中し、熱流制御がより困難になる。しかし熱流の広がり幅を能動的に変化させる手法は発見されていない。そこで本研究では、周辺プラズマへのガスパフやペレットの入射に伴うプラズマ揺動が熱流の広がり幅に与える変化とその物理機構、将来装置での熱流制御にもたらす効果をシミュレーションで解明することを目的とする。第一原理的なプラズマ輸送コードと、中性粒子/不純物粒子の挙動を解く周辺プラズマ統合コードのカップリングにより、ガスパフやペレット入射の際のプラズマ揺動のシミュレーションを行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉は核融合反応を担う高温の炉心プラズマとそれを取り囲む低温の周辺プラズマに大別される。炉心プラズマから周辺プラズマに漏れ出た粒子・熱は受熱装置であるダイバータ板に到達する。この際ダイバータ板が受ける高い熱負荷を許容範囲内(10 MW/m^2)に制御することは、核融合炉実現に向けた最重要課題の一つである。
申請者は過去、ジャイロ運動論モデルによる第一原理シミュレーションを用いて、プラズマへのペレット(水素氷)入射による粒子供給の際に生じる揺動に着目してきた。この揺動により周辺プラズマにおける径方向への粒子・熱の乱流輸送が増大されれば、ダイバータ熱負荷を能動的に低減できると期待される。実際のダイバータ熱負荷の定量的評価には、プラズマ流体モデルをベースとし、中性粒子・不純物との相互作用を考慮する大規模統合コードが必要となる。
令和5年度は運動論モデル、流体モデルそれぞれにおいて物理現象をより正確に捉えるための先進的モデリングの開発・考案を進めた。周辺プラズマの輸送に影響する電場形成メカニズムの理解にはジャイロ運動論モデルでは無視されるジャイロ位相の効果が重要となり得る。ジャイロ位相の情報を保ちつつ現実的な計算時間に抑えた運動論モデルの考案を進めた。流体モデルでは通常、熱流束に対して近似モデルが使用されるが、イオン熱流束における妥当性が十分に検証されていない。そこで運動論モデルとの比較によって既存の近似モデルおよび先進的な近似モデルの妥当性を検証した。またペレット入射後のプラズマ挙動の考察には時間発展モデルが必要となる可能性がある。そこで小規模な流体モデルにペレット入射モデルを組み込み、プラズマおよび電場に生じる揺動を観察した。
今後はペレット入射実験を実施しているDIII-D装置(アメリカ)を対象としたジャイロ運動論シミュレーションを実施する。
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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
当初の使用予定であったモデルに不足する物理的要素を見直し、基礎的研究を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ジャイロ運動論コードおよび大規模統合コードを使用した計算については、エフォートの低下、旅費の高騰の影響で当初の計画よりやや遅れている。Zoom等を活用し円滑な研究作業を進める。
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