2018 Fiscal Year Research-status Report
重相構造プラズマにおけるエネルギー輸送過程と機能制御
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17K05732
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00433326)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊庭野 健造 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80647470)
永田 正義 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00192237)
福本 直之 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90275305)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 重相構造プラズマ / 蒸気遮蔽 / ELM / ダイバータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は高熱流パルスプラズマがアルミニウム被膜付きタングステン試料に照射されたときの蒸気層形成と熱緩衝効果に関するPICシミュレーションを行い、実験結果との比較ならびにITERにおける蒸気遮蔽効果の予測を示した。ITER第一壁のベリリウムがタングステンダイバータ上に堆積することで、蒸気遮蔽効果が発現することも明らかにした。また、壁近傍におけるシース形成を考慮することで、正確にプラズマー材料間の熱伝達を解析できることも示した。その結果、ELMエネルギーとパルス数に対するダイバータ寿命予測に対して、蒸気遮蔽効果を定量的に明らかにした。これらの成果はNuclear Fusion誌に学術論文としてまとめられ、核融合科学研究所における研究会において招待講演を行う等を行った。一方、ELMエネルギーが低い場合には、蒸気量が少なく、エネルギー反射率の小さい堆積層がタングステン上にあることで、吸収エネルギーが低くなることも明らかにされた。
さらに、準大気圧ヘリウムアークプラズマ照射装置を開発し、ガス圧力80 kPaにてヘリウムアークプラズマを生成することに成功し、従来の低ガス圧プラズマを用いた直線型ダイバータプラズマ模擬装置に比べて1桁以上高いイオン粒子束が得られ、新しい高熱流ヘリウムプラズマ照射装置としての可能性を示した。さらにタングステン電極からのタングステン蒸発とプラズマの相互作用に関する研究に発展させることができた。
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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
新しい高熱流プラズマ照射実験装置として準大気圧ヘリウムアークプラズマ装置を開発した。プラズマ源としてアーク放電を採用することで定常高熱流プラズマ生成を実現し、電子密度6.7x10^20 m^-3が得られた。タングステン電極からのタングステン蒸気とプラズマならびに材料の相互作用研究に発展させることができた。また、理論シミュレーション研究も進展し、蒸気遮蔽効果に関して国際論文誌への論文掲載や招待講演等を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発している準大気圧ヘリウムアークプラズマ装置を交流放電から直流放電にし、材料照射実験結果が理解しやすい実験環境を構築する。分光器ならびに高速カメラを用いてタングステン蒸気の時空間構造の観測と材料試料へ堆積するタングステンナノ構造形成やヘリウムとタングステンの相互作用（バブルや繊維状ナノ構造形成）を明らかにする。また、蒸気遮蔽効果のPICシミュレーション研究とも比較検証していく。得られた成果を国際会議、国内学会にて発表し、査読付き論文として成果をまとめる。
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