非接触プラズマにおける過渡的熱負荷のエネルギー損失過程解明と原型炉への外挿評価
| Project/Area Number |
23K13088
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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 | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
林 祐貴 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (00823387)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 非接触プラズマ / 熱パルス / 直線型装置 / リサイクリング |
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| Outline of Research at the Start |
熱核融合発電の実現に向けて、炉心からの過渡的な熱粒子放出現象に伴う炉壁への熱負荷を低減することが必須である。申請者はこれまでの研究で、定常熱負荷低減の切り札とされる非接触ダイバータにおいて、パルスプラズマ自身が発生させるリサイクリング粒子束が後続のパルスを減衰させる現象を見出した。この現象に注目し、本研究では直線型装置を用いた実験およびモデリングから、リサイクリング粒子束が関与するパルスプラズマのエネルギー損失過程を明らかにする。さらに、原型炉において過渡的熱負荷の減衰に要する輸送距離を外挿評価する。非接触プラズマを用いた過渡的熱負荷の緩和手法を確立させ、熱核融合発電の早期実現に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はオランダDIFFER所有の直線型装置Magnum-PSIを用いた実験とモデリングから、核融合炉の炉心プラズマから周辺領域への過渡的な熱粒子放出現象に伴い、ダイバータ領域の非接触プラズマがどのように応答するのかその物理を解明するものである。
初年度である2023年度は、Magnum-PSIにおける非接触プラズマへの過渡的な熱パルス重畳実験を実施した。ヘリウムを用いた定常プラズマを生成し、追加のヘリウムガス入射によってターゲット前のプラズマを非接触状態にする。さらにコンデンサバンクによる放電電力の瞬時的な増加によって熱パルスを重畳させる。その時の磁力線に沿った装置上流および下流位置における電子温度・密度を時間分解トムソン散乱計測によって計測した。電子温度・密度から見積もられるパルス熱負荷は上流から下流にかけた輸送によって減衰した。しかし、ターゲット領域のガス圧を上昇させプラズマ-中性粒子相互作用を促進させても、上流から下流にかけてのパルス熱負荷の減衰過程は大きく変わらなかった。ガス圧を増加させることで電子温度が低下しているため、運動エネルギーによる熱負荷への寄与は減少していると考えられる。一方で、高ガス圧で促進される電離過程によって下流側の電子密度が増加し、表面再結合による熱負荷への寄与が増加したため、熱負荷が変わらなかったと考察している。今後は高速カメラや分光計測などによるプラズマからの発光が示す情報を含めた議論を行なっていく予定である。
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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
直線型装置Magnum-PSIを用いた実験を遂行し、2023年度中にデータ解析を開始することができた。取得データの解析は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は直線型装置Magnum-PSIを用いた実験データの解析を軸に、引き続き研究を行う予定である。具体的には、まだ詳細まで解析してこなかった、高速カメラによるプラズマの発光、分光計測による各励起準位のポピュレーションの時間発展、赤外線カメラによるターゲット熱流束、などの解析を行う。さらに、プラズマ流体コード-中性粒子輸送コードによるシミュレーションも実施していく予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
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[Presentation] Influence of dynamic pressure induced by transient recycled neutral flux on reduction of pulsed particle load in the linear plasma device Magnum-PSI2023
Author(s)
Y. Hayashi, H. Tanaka, N. Ohno, S. Kajita, T.W. Morgan, H.J. van der Meiden, J. Scholten, J.W.M. Vernimmen, H. Natsume, K. Sawada, S. Masuda
Organizer
7th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
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[Presentation] Study on effects of neutral particle behavior on detached plasma formation using linear plasma device and modeling2023
Author(s)
Yuki Hayashi, Noriyasu Ohno, Hirohiko Tanaka, Hiroki Natsume, Kento Sugiura, Ryoji Mano, Shota Masuda, Ryusei Migita, Keiji Sawada, Shin Kajita, Tadashi Tsujihara, Hiroshi Ohshima, Mitsutoshi Aramaki and Gakushi Kawamura
Organizer
Global Plasma Forum in Aomori
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[Presentation] 直線型装置およびモデリングを用いた中性粒子温度が非接触プラズマ形成に与える影響に関する研究2023
Author(s)
林祐貴, 大野哲靖, 田中宏彦, 夏目祥揮, 杉浦健斗, 眞野綾二, 増田翔太, 右田龍星, 澤田圭司, 梶田信, 辻原匡志, 大嶋啓嗣, 荒巻光利, 河村学思
Organizer
第40回プラズマ・核融合学会年会
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