2018 Fiscal Year Annual Research Report
Kinetic effects of multiple particle species on fast ion driven instabilities
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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 / 熱イオン / 磁気流体力学（MHD） / アルフベン固有モード / 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 / 核燃焼プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合発電を目的として、核融合反応から発生するアルファ粒子がプラズマを自律的に加熱することにより核融合に必要な高温を保持する核燃焼プラズマの実現が期待されている。アルファ粒子はアルフベン固有モードや測地的音響モードに代表されるプラズマの磁気流体力学的（MHD）振動を不安定化する可能性がある。これらのMHD振動は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。磁場閉じ込めプラズマにおけるアルファ粒子などの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．トカマクプラズマにおいてアルフベン固有モードが突発的に繰り返し発生する現象をシミュレーションで再現することに成功した。高速イオン分布関数の解析により、突発現象を引き起こす高速イオン臨界分布が存在することを見出した。高速イオン分布はこの臨界分布を超えて増加することができない。これは核燃焼プラズマにおけるアルファ粒子分布に関する重要な知見である。
２．高速イオンと熱イオンの双方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、大型ヘリカル装置（LHD）における高エネルギー粒子駆動測地的音響モード（EGAM）のシミュレーションを実行し、高速イオンから熱イオンへのEGAMを介したエネルギー伝達を実証した。
３．高速イオンが不安定化するアルフベン固有モードに対する高エネルギー電子の効果をシミュレーションで解析し、高エネルギー電子がアルフベン固有モードの安定化に寄与することを実証した。
４．環状プラズマにおける高エネルギー粒子とアルフベン固有モードの相互作用に関するレビュー論文を国際学術誌に発表した。
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