Global Development of Toroidal Plasma Peripheral Radiative Cooling Method Using Magnetic Field Topology and Generalization of its Stabilization Mechanism

Research Project

Project/Area Number	22KK0039
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
Research Institution	National Institute for Fusion Science
Principal Investigator	小林政弘核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30399307)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高橋宏幸東北大学, 工学研究科, 講師 (30768982) 東郷訓筑波大学, 数理物質系, 助教 (80779603) 向井清史核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90632266) 森田繁核融合科学研究所, その他部局等, 名誉教授 (80174423)
Project Period (FY)	2022-10-07 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000) Fiscal Year 2026: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2025: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000) Fiscal Year 2024: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000) Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000) Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	磁場トポロジー / トロイダルプラズマ / 放射冷却 / 熱的不安定性 / 世界展開
Outline of Research at the Start	核融合炉の実現に向けて、装置壁への過大な熱負荷の軽減は必須の解決課題である。もっとも有力な解決手段として、水素燃料以外の粒子（不純物と呼ばれる）を導入し、不純物多価イオンの放射冷却効果を利用する方法が試行されている。本研究課題では、閉じ込め磁場のトポロジーを変移させ、放射冷却効果を倍増させる新手法を用いる。この手法を異なる閉じ込め磁場配位の装置に応用し、高温プラズマ周辺部のより効率的な放射冷却手法の確立とそのメカニズムの一般化を行う。これによって核融合炉の装置壁熱負荷軽減に寄与するとともに、磁場構造と高温プラズマの熱的不安定性を連結するプラズマ物理の体系化を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	ドイツのマックスプランク研究所を訪問し、W7-Xステラレータ装置における周辺磁気島を利用したプラズマの放射冷却実験についての打ち合わせを実施した。新たに設置を進めているボロメータおよび既存のボロメータ計測を組み合わせた不純物多荷イオンからの放射分布再構成のためのトモグラフィー手法について、先方の手法と当方の手法の共通点・相違点を整理することにより、今後の解析の見通しを得た。また、放射冷却を促進させるために外部から導入された不純物イオン（窒素）のスペクトル計測と衝突輻射モデルを組み合わせて、プラズマパラメータ（電子温度、電子密度、不純物密度）を同定する準備を進めた。 W7-Xの周辺磁気島と放射分布の関係を調べる目的で、プラズマ輸送コードによるシミュレーションを開始した。中国科学院プラズマ物理研究所のトカマク装置型EASTにおける実験提案の準備を開始した。イメージング分光器の準備を進めた。また、Zoomを利用した打ち合わせも実施した。以上の成果により、本研究が目指す装置間比較研究（LHD、W7-X、EAST）の基盤の準備が確実に進んだ。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason W7-X、EAST装置の研究者と密に連絡を取りながら今後の共同研究についての準備を進めた。
Strategy for Future Research Activity	マックスプランク研究所の共同研究者とともに、W7-Xにおける放射分布の再構成のためのトモグラフィー解析、分光データと衝突輻射モデルを用いた解析、および数値シミュレーションによる周辺磁気島での放射冷却分布の解析を進める。中国科学院の共同研究者とともに、EASTにおける実験計画の策定と、イメージング分光器およびその他の計測によるデータ解析の準備を進める。