2018 Fiscal Year Annual Research Report
Effect of three dimensional magnetic perturbation on fast ion confinement
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15K06655
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
篠原 孝司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (50354600)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高速イオン / 擾乱磁場 / 共鳴 / 粒子軌道 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
燃焼プラズマでは、高速イオンは主加熱源として重要な役割を担う。また、燃焼プラズマでは、周辺部不安定性の緩和を目的とした擾乱磁場や強磁性体等による３次元擾乱磁場が想定される。そのため、擾乱磁場の高速イオン輸送に与える影響の評価が重要であり、運転シナリオ設計用に擾乱磁場による高速イオン輸送を計算するコードが求められる。しかし、第一原理から高速イオン輸送を評価するのは計算量が多く、パラメータスキャンを扱うシナリオ設計への利用は困難である。従って、擾乱磁場による高速イオン輸送のモデル化が重要である。
熱化イオンの輸送は空間座標として磁気座標を用いて、磁気島の幅だけ物理量が平坦化されるというモデルが利用できる。同様のアナロジーが適用できないか、第一原理による計算をもとに検討した。
高速イオンの空間座標に相当するのは正準角運動量であるので、正準角運動量で表現した高速イオンの描く島(以下軌道島)の幅がわかれば、熱化イオンと同様のモデルが利用できる。しかし、正準角運動量はエネルギーと磁力線に対する速度の傾きに依存するため、軌道島幅評価は、これらパラメータ毎に計算資源を要する軌道追跡計算が必要である。計算資源を要する手法はシナリオ設計のコードには不向きであり、軌道島幅の簡易評価手法が求められる。
これまで、韓国のKSTARでの実験の解析を進めてきた。解析の結果、島構造の本質は、共鳴条件であり、磁気島が磁場の傾きと擾乱磁場の周期性で決まる整数の組み合わせとが一致するときに形成されるのと同様に、軌道島構造が軌道の傾きと擾乱に起因する整数の組み合わせとが一致するときにできるという知見を得た。
この知見を基に、磁気島の幅からトーラス方向に周回する高速イオンの軌道島の幅を簡便に求める手法を新たに提案した。まずは、幾何学的な類似性を利用した手法にて論文にまとめた。現在は、解析的な手法を検討中である。
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