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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Understanding of profile diversity and circulation of fuel particles in fusion plasmas

Research Project

Project/Area Number 17H01368
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山田 弘司  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (20200735)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords水素同位体 / 粒子輸送 / 燃料循環 / 乱流輸送 / トリチウム / イオン密度分布 / 核融合原型炉
Outline of Annual Research Achievements

本研究は制御熱核融合において燃料となる水素同位体および灰であるヘリウム,さらに不純物の混合がもたらす粒子分布の多様性の起源を理解すること、それをもとに燃焼率の最大化を指標として燃料循環の最適化シナリオを提案することを目的としている。実験研究の基幹となる二つの計測系による実験観測・解析と原型炉におけるトリチウム燃料循環のシステムダイナミクス解析を進めた。バルク荷電交換分光システムによって大型ヘリカル装置(LHD)にて水素と重水素イオンの密度を個別に空間分布として計測することが可能となり,様々な混合条件において,その特性を調べた.固化水素ペレット入射による粒子密度変化の過渡応答から,ペレットおよびターゲットプラズマのいずれについても水素同位体の粒子閉じ込め時間は質量が大きくなると短くなることを明らかとした.さらにこの違いは密度勾配による拡散ではなく,外向きの対流速度の違いによることが示唆された.これらの発見は熱輸送においては質量による差異が認められないことと対照的である.また,水素と重水素の混合が微視的不安定性の中でも比較的長波長のモードが不安定になる状況で発生しやすく,比較的短波長のモードが不安定になる状況では,水素および重水素の粒子源の違いによって分離した混合状態が保持されることが見いだされた.これらの実験結果は複数イオン種からなるプラズマの構成粒子分布を決定する物理機構の解明のための問題を提示するものとなっている.実験研究と並行して、フローとストックの概念からなるシステムダイナミクス解析手法によって,燃料トリチウム循環のシミュレーションを進め,特に重水素のみによる立ち上げシナリオの可能性について,炉心プラズマのみならなず,ブランケットや排気などの粒子制御構成機器の性能の影響を含めて評価し,論文にまとめた.以上のこれらの研究実績に関する発表を国内学会、国際会議で行った。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Fuel flow and stock during deuterium-deuterium start-up of fusion reactor with advanced plasma model2020

    • Author(s)
      Kento Miyamaea,, H. Yamada, R. Kasada, S. Konishi, R. Sakamoto
    • Journal Title

      Fusion Engineering and Design

      Volume: 160 Pages: 111794

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2020.111794

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characteristics of plasma parameters and turbulence in the isotope-mixing and the non-mixing states in hydrogen-deuterium mixture plasmas in the large helical device2020

    • Author(s)
      K.Ida, M.Yoshinuma, K.Tanaka, M.Nakata, T.Kobayashi, Y.Fujiwara, R.Sakamoto, G.Motojima, S.Masuzaki
    • Journal Title

      Nuclear Fusion

      Volume: 61 Pages: 016012

    • DOI

      10.1088/1741-4326/abbf62

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] LHDにおける密度分布および粒子閉じ込めへの同位体効果についての研究2020

    • Author(s)
      今川直人
    • Organizer
      第37回プラズマ・核融合学会年会
  • [Presentation] LHD同位体比較実験におけるイオン・電子スケール 乱流揺動の比較研究2020

    • Author(s)
      徳沢季彦
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [Presentation] JT-60SAへのマイクロ波ドップラー反射計適用に向けた詳細設計研究2020

    • Author(s)
      徳沢季彦
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [Presentation] Characterization of Isotope Effect on Particle Transport in Large Helical Device2020

    • Author(s)
      N.Imagawa
    • Organizer
      4th Asia Pacific Conference on Plasma Physics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of isotope effect on particle confinement in Large Helical Device2020

    • Author(s)
      N.Imagawa
    • Organizer
      The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Statistical Analysis on Particle Confinement of Hydrogenic Ions in Large Helical Device2020

    • Author(s)
      N.Imagawa
    • Organizer
      62nd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Developments of Millimeter and Sub-Millimeter Wave Backscattering Systems for Fusion Plasma Turbulence Diagnostics2020

    • Author(s)
      T.Tokuzawa
    • Organizer
      45th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] W-band millimeter-wave back-scattering system for high wave number turbulence measurements in LHD2020

    • Author(s)
      T.Tokuzawa
    • Organizer
      23rd High-Temperature Plasma Diagnostics 2020
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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