2013 Fiscal Year Annual Research Report
トカマクプラズマにおける加熱特性を考慮した乱流輸送機構と閉じ込め性能に関する研究
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13J00089
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
成田 絵美 大阪大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Keywords | 磁場閉じ込め核融合 / 乱流輸送 / 閉じ込め性能 / ジャイロ運動論シミュレーション / プラズマ回転 |
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| Research Abstract |
トカマク型核融合の研究では、核融合反応生成物であるアルファ粒子によって自身を加熱するプラズマ(核燃焼プラズマ)の維持を目指している。アルファ粒子は主に電子を加熱するため、核燃焼プラズマでは電子温度がイオン温度を上回る状態(T_e>T_i〉が予想されている。熱輸送シミュレーションでは、T_e/T_iの増加によって熱エネルギー閉じ込めが劣化することが指摘されているが、国際データベースではT_e/T_iとなる場合でも閉じ込め性能が改善された実験データが存在することが判っている。本研究で、それらのデータの特徴を調査したところ、電子の閉じ込め性能が改善されていることが判った。そこで、この電子系の閉じ込め改善に必要な条件を乱流輸送の観点からフラックスチューブ配位を用いたジャイロ運動論コードGS2を用いて探索した。温度勾配長と磁気シアに着目した線形計算を行ったところ、電子の閉じ込め改善にはイオンの勾配長が電子のそれよりも短いという条件が必要であることがわかった。また磁気シアの上昇によりイオン温度勾配(ITG)モード/捕捉電子モード(TEM)による不安定性が抑制され、電子の閉じ込めが改善されるということが示された。更に、電子熱輸送に影響を与える物理量としてプラズマ回転を挙げ、電子熱輸送とプラズマ回転の方向に着目したJT-60Uの実験解析を行った。実験では、プラズマの回転がプラズマ電流と同じ方向(順方向)のとき、逆方向回転時と比べて電子の熱輸送が抑えられ、閉じ込め性能が改善されることが報告されているが、原因は明らかではなかった。この実験をGS2を用いて解析したところ、回転方向によって不安定なモードの実周波数に相違が見られ、逆方向回転時の方が、より捕捉電子モード(TEM)的な傾向があり、電子熱輸送が高くなることが判った。したがって、このような不安定性のモードの相違が電子熱輸送に関係していると考えられる。
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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
本年度は、国際データベースとJT-60U実験解析を乱流輸送の観点から複数の物理量に着目して行うことと、解析に使用するコードの理解のために輸送現象や数値解析に関して学習することを予定しており、それらを達成することができたため、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度行ったJT-60Uの実験解析の結果が普遍的なものであるかを確かめるため、対象とする実験を増やして解析を行い、論文として発表する。また、本年度までに得られた結果を踏まえて、核燃焼プラズマにおける強電子加熱の特性を考慮した閉じ込め性能の予測モデルの構築を目指す。
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