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Study on active control of instability and convective transport in detached recombining plasma

Research Project

Project/Area Number 23K22474
Project/Area Number (Other) 22H01203 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

田中 宏彦  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60609981)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 林 祐貴  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (00823387)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Keywords非接触プラズマ / 対流輸送 / 不安定性 / 能動制御 / ダイバータプラズマ / 非拡散的輸送
Outline of Research at the Start

熱核融合発電において『非接触ダイバータ』は炉壁への熱負荷低減の切り札である。申請者は過去の一連の研究で、非接触再結合プラズマ中の不安定性と磁場を横切る対流プラズマ輸送が連動して発生することを見出し、これをむしろ増幅することで、熱負荷問題を解決する着想を得た。本研究では直線プラズマ装置に多様な摂動を印加して、不安定性・輸送の振幅増大を決定付けるキーパラメータを同定するとともに、能動的な制御手法を開発する。さらに、超伝導直線装置およびトーラス装置を用いて、原型炉条件での制御性を外挿評価することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、特徴的な3つのダイバータプラズマ模擬装置(直線型装置NAGDIS-II, 超伝導直線装置Magnum-PSI, トーラスNAGDIS-T)を用いて、摂動印加時における再結合フロント中の不安定性と輸送の応答を高時空間分解能で計測する。不安定性・輸送振幅を決定づけるキーパラメータの同定を行い、能動的な制御手法を新たに開発することを目的とする。さらに、プラズマ密度・磁場強度・磁場構造に対する依存性を明らかにすることで、原型炉条件における制御性の外挿評価を試みる。
初年度である2023年度は、直線型装置NAGDIS-IIにおいて、磁力線に沿う複数窓を同時に視野内に収めた高アスペクト比での高速発光計測を可能とするため、NAC社製高速カメラ(ACSシリーズ)を導入した。静電プローブを併用した条件付き平均計測を行うことで、不安定性・対流輸送出現時の発光信号を取得するとともに、剛体回転を仮定したトモグラフィ解析により磁場垂直面・軸・時間の4次元的な不安定性・輸送の時空間挙動を取得した。さらに、摂動印加法の一つとして考えている電子ビーム源を製作して非接触プラズマに適用し、その初期結果を得た。また、高速分光計測を行い、再結合発光挙動が先行研究における電子密度・電子温度の時空間発展と整合することを確認した。
超伝導直線装置のMagnum-PSIでは、強磁場環境における高速カメラと静電プローブの同時計測信号を新たに取得した。今後、上記トモグラフィ解析を適用することで、磁場垂直面内および時間の3次元的な発光信号挙動を明らかにする予定である。
トーラス型装置NAGDIS-Tでは、電子ビーム源を設置するための差動排気システムの整備を行った。今後、電子ビームの適用と高速カメラ計測を行い、磁場の勾配、曲率、ならびに長い磁力線環境が不安定性・輸送にもたらす影響を調査する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

NAGDIS-IIでは、高速カメラ・静電プローブ同時計測ならびに解析と、摂動印加法としての電子ビーム源の適用を独立に行い、それぞれ一定の成果が出ている。今後は両者を組み合わせることで、目的の一つである摂動印加時における再結合フロント中の不安定性と輸送の応答を高時空間分解能計測できるものと考えている。Magnum-PSI実験では、強磁場環境のみならずパルスプラズマ重畳時の計測を実施しており、当初想定していなかった摂動印加法として新たな知見が得られる可能性がある。
以上のことから、2022年度における総合評価を(2)とした。

Strategy for Future Research Activity

NAGDIS-IIでは高速カメラ・静電プローブによる計測・解析法と、電子ビーム源の適用を組み合わせ、摂動印加時の不安定性と輸送の応答を調査する。Magnum-PSIの強磁場データならびにパルス重畳データの解析を行い、NAGDIS-IIとの比較を行う。NAGDIS-Tへの電子ビーム源設置ならびに初期実験を行う。

Report

(1 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] DIFFER研究所(オランダ)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Study of the intermittent plasma structure around the divertor simulation experimental module in GAMMA 10/PDX2023

    • Author(s)
      H. Tanaka, N. Ezumi, T. Sugiyama, H. Gamo, N. Shigematsu, M. Yoshikawa, J. Kohagura, M. Hirata, S. Togo, N. Ohno, and M. Sakamoto
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 30 Issue: 3 Pages: 032501-032501

    • DOI

      10.1063/5.0129886

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reduction of pulsed particle load with dynamic pressure induced by transient recycled neutral flux2022

    • Author(s)
      Hayashi Yuki、Tanaka Hirohiko、Ohno Noriyasu、Kajita Shin、Morgan Thomas、van der Meiden Hennie、Scholten John、Vernimmen Jordy、Natsume Hiroki、Sawada Keiji、Masuda Shota
    • Journal Title

      Plasma Physics and Controlled Fusion

      Volume: 64 Issue: 10 Pages: 105013-105013

    • DOI

      10.1088/1361-6587/ac8acb

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 直線非接触プラズマの4次元時空間輸送挙動2022

    • Author(s)
      田中宏彦, 夏目祥揮, 梶田信, 大野哲靖
    • Organizer
      第39回プラズマ・核融合学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] GAMMA 10/PDX接触・非接触ダイバータ条件におけるBlob様輸送構造2022

    • Author(s)
      田中宏彦, 江角直道, 杉山吏作, 蒲生宙樹, 重松直希, 吉川正志, 小波蔵純子, 平田真史, 大野哲靖, 坂本瑞樹
    • Organizer
      第14回核融合エネルギー連合講演会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Global fluctuation structures across ionizing- and recombining-plasma regions2022

    • Author(s)
      H. Tanaka, H. Natsume, S. Kajita, N. Ohno
    • Organizer
      25th International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices (PSI-25)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamic Response of Detached Recombining Plasmas by Applying Electron Beam2022

    • Author(s)
      N. Ohno, H. Kaizawa, K. Nakabayashi, H. Natsume, H. Tanaka, S. Kajita
    • Organizer
      ISPlasma2023/IC-PLANTS2023
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] パルス状電子ビーム印加によるヘリウム非接触プラズマの動的応答2022

    • Author(s)
      螺澤英樹, 田中宏彦, 夏目祥揮, 榊原武寛, 中林賢二, 梶田信, 大野哲靖
    • Organizer
      第39回プラズマ・核融合学会年会
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  • [Presentation] 条件付き平均法を用いた高時間分解能プラズマ分光計測系の開発と応用2022

    • Author(s)
      夏目祥揮, 梶田信, 田中宏彦, 螺澤英樹, 大野哲靖
    • Organizer
      第39回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
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  • [Remarks] 研究成果

    • URL

      http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/plaene/member/tanaka/jisseki/jisseki.html

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  • [Remarks] プログラム公開ページ

    • URL

      http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/plaene/koukai/purakaku85/

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-08-08  

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