2017 Fiscal Year Research-status Report
アルファ粒子のチャネリングによる炉心プラズマ要求緩和と核融合炉設計空間の拡大
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17K07002
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
飛田 健次 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, 部長(定常) (50354569)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 核融合炉 / システム設計 / アルファ粒子 / チャネリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の第一段階の目標は、アルファ粒子のチャネリングによるイオン加熱が効果を持つ場合の核融合炉の設計領域を理解することである。
このため、まず、核融合炉の設計に用いるシステム設計コードの整備を行った。コードのベースは所属機関のシステム設計コードTPCとし、今後の計算コードの開発の便宜のため、本コードの書かれている言語をFORTRAN77からFORTRAN95に書き換えを行った。通常、システム設計コードでは、核融合炉の運転密度は高くイオンと電子の温度緩和が促進されることを想定して、イオン温度と電子温度が等しいと仮定する。一方、今回の研究はアルファ粒子チャネリングによりイオン温度を電子温度より高めることを目指しているため、既存のシステム設計コードのモデルで両者を分けて扱う必要がある。そのためのプログラム改造を行った。
イオン温度と電子温度は、それぞれの入力パワーと温度の緩和時間（比較的計算で扱いやすい）の他に、イオン及び電子の輸送係数（モデル依存性がある）を含めたプラズマ輸送によって決定される。アルファ粒子のチャネリングに関する作業の第一段階として、所属機関のプラズマ輸送解析コードTOPICSを用いて、核融合炉の条件における電子温度とイオン温度の差の解析に着手した。一般的には、アルファ粒子による電子加熱入力が過半数となる核融合炉では電子温度がイオン温度を上回ると考えられているが、実際のプラズマ輸送解析ではイオン温度が電子温度を上回る運転領域があることを確認した。アルファ粒子のチャネリングによってイオン加熱入力が更に増大すれば、イオン温度と電子温度の差が開き（イオン温度＞電子温度）、核融合炉の設計領域が広がる可能性を示唆する。
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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
当初計画では、本件研究の下準備として、核融合炉システム設計コード改良とアルファ粒子によるチャネリング効果を取り込むためのモデリングを想定していた。コード改良については順調に進捗しており、平成30年度上期には完了する見込みである。チャネリングのモデリングについては、実際のモデリングに代えて既存のプラズマ輸送コードの加熱入力部分の書き換えによって対処できる見通しを得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
システム設計コードTPCの改造作業を継続し、電子温度及びイオン温度に差違が生じた場合の核融合炉設計パラメータへの影響を評価できるようにする。この作業と並行して、プラズマ輸送解析コードを利用し、イオン加熱および電子加熱の割合が変化する場合に、最終的に電子温度とイオン温度にどのような差違が生ずるかを様々な密度、加熱パワー、プラズマ電流、安全係数などをパラメータとしてデータベース化する。
これらの作業完了後は、TPCコードを用いた解析を通してアルファ粒子のチャネリングに伴う電子温度の上昇が核融合炉設計全体に与える影響を考察する。システム設計コードを用いて核融合炉のシステム解析を行い、チャネリングの効果が顕在化する設計領域を探索する。
システム解析に基づき新しい核融合炉概念の設計パラメータを選定する。設計パラメータの選定にあたっては、１）エネルギー閉じ込めに対する要求緩和、電流駆動パワーの低減、２）コンパクトな炉、３）小出力炉という3通りの評価軸に留意する。
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| Causes of Carryover |
初年度に研究に関連する情報収集・意見交換のための外国出張を計画していたが、所属機関の業務の都合で実施できなかった。また、プログラム改造のための支援のめの謝金を計上していたが、研究代表者及び連携研究者が実施したため次年度への繰り越しとなった。
繰越金は、本研究のためのプログラム開発用ソフトウェア購入及び関連資料購入のための書籍・資料購入に充てる計画である。
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