2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an innovative concept for reducing divertor heat load by recycling dust and deposition layers
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16H04619
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
庄司 主 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00280602)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ダスト / ダイバータ / 熱負荷低減 / デタッチメント / 画像計測 / ボロン / 不純物粒子落下 / 周辺プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は本研究に使用するためのイメージガイドスコープの製作を進めた。なお、LHDの実験期間中に、2018年度から製作を継続していたイメージガイドスコープに仕様の変更(主にファイバー長の延長)が必要になることが判明した(LHDプラズマの想定以上の高性能化の進展がその理由である)。そこで、急遽2019年度の予算の大半を2020年度に繰り越すことによって、イメージガイドスコープの仕様をLHDの現状に即したものとなるようにした。繰越予算にて仕様を変更した後、2020年度の予算によって本装置を完成させた。
また、2019年度に米国プリンストンプラズマ物理研究所との国際共同研究でLHDに不純物粒子落下装置(IPD)が導入されることになったので、本装置と相補的に組み合わせて研究を推進した。2020年度においてダイバータレック部および、エルゴディック領域に主に不純物(ボロン)のダスト粒子を供給することで、周辺プラズマの温度を下げることを試みた。その際、ダストが周辺プラズマ領域の温度低下および、ダイバータ部の熱負荷の低減に寄与している様子を、本研究によって整備したステレオ視高速カメラ、試料駆動装置等を利用して観測した。IPDからボロン等のダストを供給させたところ、プラズマの放射輝度の上昇、プラズマ中のボロンの放射強度の増加および、電子密度の漸増を観測した。一部のダイバータ部でイオン飽和電流の低減が観測されたが、他のダイバータ部においては顕著な変化は観測されなかった。
ダイバータ部の熱負荷の更なる低減のために、ダストの供給量を増加させると、プラズマ全放射輝度が急激に上昇して、放電の維持ができなくなることが分かった。現状のIPDでは、ダイバータ部の熱負荷の低減とプラズマの維持との両立が難しい。IPDの設置場所を最適化してダイバータレッグ部にダストが供給するのが良策であるとの結論を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2019年度のLHDの実験期間中において、LHDのプラズマが当初の想定以上に高性能化したことによって、2018年度から製作を継続していたイメージガイドスコープに一部仕様の変更が必要となることが判明した(主にファイバー長の延長が必要となった)。そこで、急遽、2019年度に予定していたイメージガイドスコープの製作を一旦中止した後、2019年度の予算の大半を2020年度に繰り越すことによって、イメージガイドスコープの仕様をLHDの現状に即したものとなるように変更した。
2019年度に不純物粒子落下装置(IPD)が導入されたので、この装置も有効活用して研究を進めることとした。2020年度のLHD実験において、本科研費で整備した機器とIPDとを連携させて研究を推進した結果、ダイバータ部の熱負荷の更なる低減のためにダストの供給量を増加させると、プラズマ全放射輝度が急激に上昇して、プラズマの放電の維持ができなくなってしまった。現状のIPDの配位（設置場所・設置数など）では、「ダイバータ部の熱負荷の低減」と「プラズマの安定維持」との両立が難しいことが分かった。今後は、IPDの設置場所を最適化するとともに、エルゴディック領域ではなくダイバータレッグ部付近に局所的ダストを供給できるような改良が必要である。研究のための装置の整備は進捗したが、当初の研究目的には到達できなかったので、区分を「(3) やや遅れている」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度では、ダスト落下装置(IPD)によって、LHDプラズマ中に落下させたボロンおよび窒化ボロンのダストの軌道と挙動の初期的な実験データを取得することができた。本科研費で整備したステレオ視高速カメラ等も合わせて利用することによって、周辺プラズマ（ダイバータレック部および、エルゴディック領域）中のダストの挙動を高い時間分解能で観測することができた。また、プラズマ閉じ込め磁場配位の違いによって、その挙動に大きな差異があることが分かった。
2020年度では、イメージガイドスコープの製作と試験を完了させるとともに、2019年度で得られた研究成果を活用して、ダストによる本格的なダイバータ部熱負荷の低減実験を行うこととした。IPDとステレオ視高速カメラ等を活用することによって、本研究の主な目的であるダストの利用によるダイバータ部の熱負荷低減を実現するための有益な情報を得ることができた。
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