2017 Fiscal Year Annual Research Report
再堆積層の水素バリアを活用した水素吸蔵と水素リサイクリングの制御
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16H02441
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
花田 和明 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (30222219)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ・核融合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2016年度に実施した高温壁の能動的壁制御により、 壁温を200度まで上げて実験を行い、壁温120度で実現した1時聞を超える長時間放電について1 ）実機実験による水素バリアモデルの検証について、および2）再堆積層膜厚分布計測について論文を執筆した。
QUESTの実験で得た知見から壁モデルを作成し、通常使用される壁での完全反射モデルとQUEST壁モデルを組み込んだ粒子バランス計算を実施し、QUEST壁モデルと完全反射モデルで電子密度の時間発展や到達電子密度に差があることを示した。定常状態での電子密度の差が生じる理由について、壁モデルの差によって真空領域に存在する水素原子と分子の密度に差が生じることにより、荷電交換によるプラズマからの流出束が異なることが原因であることを見出した。このような差が将来の核融合炉でも現れるかどうかを、現在統合コードを用いた計算で検証中である。
能動的壁制御を放電中に実施するために真空容器内に取り付けた上側の高温壁の水冷配管を接続した。1時間を超える放電で現れた水素のバルマー線強度の上下非対称性の原因を解明するために、来年度は上側のみ冷却水を流すことで壁温度を下げる実験を行う予定である。
動的リテンションを実測するために高速試料搬送装置を組み上げ、試料による動的リテンションの実測および再堆積層の膜厚や成分によるリテンション量の比較等を行うことで、水素バリア形成効果を定量化し、実機プラズマ対向壁で起こる水素リサイクリングを予測できるようにする。
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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
平成２８年度に実施した壁温制御による１時間を超える長時間放電に引き続き、トロイダル効果と再堆積層の上下不均一性による中性粒子分布の上下非対称性を活用して、中性粒子をクライオポンプが３台（上側は１台）設置されている下側で圧縮して排気効率を高める実験を行う予定であったが、平成２９年度は、クライストロン管の不調により、長時間放電の実験は実施できなかった。来年度の実験のための準備として上側高温壁の温度制御のための水冷配管の真空容器内および真空容器外の接続を実施した。この結果、高温状態から放電中に壁温度を下げることが可能となり、平成２９年度中にクライストロン管の整備が終了したため、平成３０年度には実機では世界で初めてとなる壁温制御による能動的壁制御の実験が可能となる。
将来の核融合炉での壁モデルの粒子バランスに与える影響を評価するために、QUEST実機の粒子バランスを、壁モデルを使って再現した。通常使用される完全反射モデルとの比較を行い、壁モデルの影響が電子密度に大きな影響を与えることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度は、中性粒子を下側に圧縮できるトロイダル磁場の方向で、上下のダイバータ板のプラズマとは逆側の水素分圧を同時に計測して中性粒子の圧縮の効果を検証し、排気効率の向上による、高温壁環境下での更なる長時間化を目指す。また粒子制御の方法として壁温度の変更の効果を長時間放電で実証し、能動的壁制御の効果を検証する。材料による動的リテンションの違いを評価するために、高速試料搬送装置を実機に設置して、再堆積層の厚み依存性や材料依存性を調べて、水素バリアモデルの定量化を実施し、将来の核融合炉での粒子バランス制御を見通せるような結果を得ることを目指す。プラズマ誘導脱離束の計測に関しては、水素のバルマー系列の発光の上下非対称性や、プラズマ電流の向きによる不純物の発光の差を確認している。これらの結果からプラズマ誘導脱離の定性的評価を開始しているが、定量評価のためには高速試料搬送装置での基礎実験との連携が必要であり、実機と試料の計測をこれまで通り同時進行で行う。
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[Journal Article] Overview of spherical tokamak research in Japan2017
Author(s)
Takase Y.、Ejiri A.、Fujita T.、Fukumoto N.、Fukuyama A.、Hanada K.、Idei H.、Nagata M.、Ono Y.、Tanaka H.、Uchida M.、Horiuchi R.、Kamada Y.、Kasahara H.、Masuzaki S.、Nagayama Y.、Oishi T.、Saito K.、Takeiri Y.、Tsuji-Iio S.
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 57
Pages: 102005～102005
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Current Start-Up Using the New CHI System2017
Author(s)
KURODA K、RAMAN R、HANADA K、HASEGAWA M、ONCHI T、ONO M、JABOE T、NELSON Brian A.、NAGATA M、MITARAI O、NAKAMURA K、IDEI H、ROGERS J、KAWASAKI S、NAGATA T、KUZMIN A、KOJIMA S、WATANABE O、HIGASHIJIMA A、TAKASE Y、FUKUYAMA A
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Journal Title
Plasma and Fusion Research
Volume: 12
Pages: 1202020～1202020
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] QUEST壁モデルを用いた実機での粒子バランスの考察2018
Author(s)
花田 和明,吉田直亮,高木郁二,畑山明聖,大矢恭久,四竈泰一,王正興,龍昊,大宅諒,宮本光貴,出射浩,永島芳彦,恩地拓己,長谷川誠,中村一男,図師秀樹,黒田賢剛,川崎昌二,東島亜紀,永田貴大,島袋瞬,渡辺理,高瀬雄一,村上定義
Organizer
日本物理学会第73回年次大会
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[Presentation] 多視線発光分光を用いたＱＵＥＳＴ ＥＣＨプラズマ中不純物イオンのトロイダル流れ計測2018
Author(s)
米田奈生,四竈泰一,花田和明,藤川祥亘,森暁,恩地拓己,図師秀樹,蓮尾昌裕,出射浩,中村一男,永島芳彦,長谷川真,黒田賢剛,東島亜紀,永田貴大
Organizer
日本物理学会第73回年次大会
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[Presentation] Modifications of Plasma Control System and Central Control System for Integrated Control of Long Plasma Sustainment on QUEST2017
Author(s)
M.Hasegawa,K.Nakamura,K.Hanada,S.Kawasaki,H.Idei, K.Tokunaga,Y.Nagashima,T.Onchi,K.Kuroda,O.Watanabe, A.Higashijima, and T.Nagata
Organizer
11th IAEA Technical Meeting on Control, Data Acquisition, and Remote Participation for Fusion Research
Int'l Joint Research
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[Presentation] Present status of current-drive system in QUEST spherical tokamak2017
Author(s)
T. Onchi, H. Idei, K. Nakamura, M. Hasegawa, K. Yamasaki, O. Watanabe, K. Mishra, K. Kuroda, A. Kuzmin, H. Ohwada, A. Ejiri, H. Togashi, N. Matsumoto and K. Hanada
Organizer
AAPPS-DPP2017 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Coaxial Helicity Injection experiment on QUEST2017
Author(s)
K.Kuroda,R.Raman,K.Hanada,M.Hasegawa,T.Onchi,M.Ono, T.R.Jarboe,B.A.Nelson,M.Nagata,O.Mitarai,K.Nakamura,H.Idei, J.Rogers,S.Kawasaki,T.Nagata,A.Kuzmin,S.Kojima,O.Watanabe, A.Higashijima,Y.Takase and A.Fukuyama
Organizer
AAPPS-DPP2017 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Efforts toward Steady State Operation in Long Duration Discharges with the Control of Hot Wall Temperature on QUEST2017
Author(s)
M.Hasegawa,K.Hanada,N.Yoshida,A.Kuzmin,H.Zushi,K.Nakamura,A.Fujisawa,H.Idei, Yoshihiko Nagashima, Osamu Watanabe, Takumi Onchi, Kengoh Kuroda, H. Watanabe, K. Tokunaga, A.Higashijima, S. Kawasaki, and T.Nagata
Organizer
AAPPS-DPP2017 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Overview of recent progress on plasma current start-up and long-duration plasma maintenance in QUEST2017
Author(s)
K.Hanada, H.Idei, N.Yoshida, M.Hasegawa, K.Nakamura, H.Zushi1, A.Fujisawa, Y.Nagashima, T.Onchi, K.Kuroda, S.Kawasaki, A.Higashijima, T.Nagata, S.Shimabukuro, A.Fukuyama2, O.Mitarai3, Y.Takase, R.Raman, and M.Ono
Organizer
19th International Spherical Torus Workshop (ISTW 2017)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Electron cyclotron heating/current-drive system using high power tubes for QUEST spherical tokamak2017
Author(s)
T.Onchi, H.Idei, M.Hasegawa, T.Nagata, K.Kuroda, Ｋ.Hanada, T.Kariya, S.Kubo, T.I.Tsujimura, S.Kobayashi,
Organizer
59th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Relativistic Doppler-Shifted Resonance Coupling of 2nd Harmonic Electron Cyclotron Wave into Energetic Electrons in the Fully Non-inductive Plasma Current Ramp-up on QUEST2017
Author(s)
Shinichiro Kojima,Kazuaki Hanada, Takumi Onchi, Hiroshi Idei, Kazuo Nakamura, Yoshihiko Nagashima, Makoto Hasegawa, Kengo Kuroda, Naoki Matsumoto, Hideaki Kozai, Akira Ejiri
Organizer
第26回国際土岐コンファレンス（ITC26）・第11回アジアプラズマ核融合学会会議(APFA11)
Int'l Joint Research
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