2017 Fiscal Year Research-status Report
高速イオン駆動型不安定性における多種粒子の運動論的効果
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15K06652
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
藤堂 泰 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00249971)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高エネルギー粒子 / 高速イオン / 磁気流体力学（MHD） / アルフベン固有モード / 交換型モード / 測地的音響モード / 大型ヘリカル装置（LHD） / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
将来の核融合発電では核融合反応から発生する高エネルギーヘリウム（アルファ粒子）がプラズマを加熱する重要な役割を担う。高エネルギーアルファ粒子はアルフベン固有モードなどの磁気流体力学的（MHD）振動を不安定化し、MHD振動は高エネルギーアルファ粒子をプラズマ外部に損失させる可能性があるため、両者の相互作用は核融合プラズマの重要な研究課題である。環状磁場閉じ込めプラズマにおける高エネルギー粒子とMHD振動の相互作用についてシミュレーション研究を実施し、以下の成果を得た。
１．高エネルギー粒子と熱イオンを運動論的に取り扱うハイブリッドMHDシミュレーションコードを用いて、高速イオンが不安定化するMHD振動のシミュレーションを実行した。熱イオン温度が異なる場合を比較し、熱イオン温度が高い方がMHD振動の成長率と飽和レベルが低いことを見出した。あわせて熱イオン分布関数を解析し、不安定性の安定化機構が熱イオンのランダウ減衰であることを実証した。
２．電子サイクロトロン波加熱によって生成する高エネルギー電子が不安定化するMHD振動について、両者の共鳴条件を解明した。
３．大型ヘリカル装置（LHD）における交換型MHD不安定性への高速イオンの影響をシミュレーションで解析した。全圧力一定の条件下で高速イオン圧力が増加すると交換型MHD不安定性を駆動するバルクプラズマの圧力勾配が減少するため、交換型MHD不安定性が安定化することを明らかにした。高速イオンと交換型MHD不安定性の間でのエネルギー伝達は無視できることがわかった。
４．LHDにおける高エネルギー粒子駆動測地的音響モードのシミュレーションを実行し、実験で観測された周波数変調および突発的励起を再現するとともにその物理機構を解明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成29年度の研究推進方策では、熱イオンの運動論的効果を導入して拡張したシミュレーションコードを用いて高エネルギー粒子駆動不安定性のシミュレーションを実行するとともに、高エネルギー電子とアルフベン固有モードの相互作用に関するシミュレーション研究を実施するとしていた。計画通り２つのシミュレーション研究を推進したことに加えて、高速イオンの交換型MHD不安定性への影響を解明し、高エネルギー粒子駆動測地的音響モードについても成果を上げることができたので、本研究課題は当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度までに開発した高エネルギー粒子と熱イオンを運動論的に取り扱うハイブリッドMHDシミュレーションコードを高エネルギー粒子駆動測地的音響モードや圧力駆動MHD不安定性に適用し、それらに対する熱イオンの運動論的効果を研究する。さらにITERにおける高速イオン駆動アルフベン固有モード時間発展に対する理解を深めるため、アルフベン固有モードバーストのシミュレーションを実行し、高速イオン分布関数の時間発展を解明する。
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| Causes of Carryover |
（理由）
参加を予定していた国際会議に他の用務日程が重なって参加できなくなったため、次年度使用額が発生した。
（使用計画）
次年度の国際会議参加旅費に使用する。
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