2020 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of profile diversity and circulation of fuel particles in fusion plasmas
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17H01368
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| 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 |
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| 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。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Research Products
(10 results)
