2021 Fiscal Year Research-status Report
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17K07003
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
武智 学 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 トカマクシステム技術開発部, 上席研究員 (40370423)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 静雄 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 先進プラズマ研究部, 主任研究員 (80757956)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 核融合プラズマ / 磁気流体不安定性 / 負磁気シアプラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強負磁気シアプラズマは非常に高い閉じ込め性能を持ち、高い自発電流を持つ運転と整合性が高いため、定常運転に適した放電であるが、コラプスやディスラプションが頻発し、その発生機構が未だに明らかでない。圧力の高い、規格化ベータ値βN＝３程度以上の場合、理想型不安定性の圧力駆動型のキンクバルーニングモードやこれを元とする抵抗性壁モードがこれらのプラズマ崩壊の原因となり、この不安定性の同定はMHD安定性解析コードによって可能である。βN＝１以下においてもプラズマ崩壊に至ることが少なくないが、これまでに、これは中心部の抵抗性インターチェンジモードと周辺のテアリングモードの結合、または、ダブルテアリングモードが原因とされている。しかしながら強負磁気シアプラズマにおいては、理想型不安定性においても、βN＝１以下にまで閾値が下がることを報告者はコード解析によって確認している（EPS 2005 M. Takechi）。これは、強負磁気シアプラズマの生成過程における、プラズマ電流のランプアップ中に、周辺に多くの電流が流れることが原因となる。即ち、キンクバルーニングモードのキンクの寄与が大きくなり、低ベータでの崩壊となってしまう。本年度は、前年度に引き続き、JT-60Uの2007年から2008年に行われた非誘導電流駆動プラズマを対象として解析を行なった。これらのプラズマは2005年に報告した強負磁気シアプラズマと比較して比較的穏やかな負磁気シアプラズマであるにも関わらず、同様に非常に低い規格化ベーター値にて複数のプラズマ崩壊が観測されている。この原因はMHD不安定性解析によって抵抗性壁モードと同定された。このことは、低ベータでの崩壊のさらに多くが理想型不安定性で説明できることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
DIII-Dにて負磁気シアプラズマ実験を行う予定であったが、COVID-19の影響により、実験参加は行わず、JT-60Uのデータ解析を中心に行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度においても、COVID-19の影響の回避が困難と思われるため、引き続き、JT-60Uにおける負磁気シアプラズマの実験結果の解析を行う。これまでは、ディスラプション崩壊直前での安定性解析を行なってきたが、放電時間内の比較的長時間での安定性解析を行い、安定境界からのマージンの変化を確認することにより、放電のロバスト性の評価をおこなう。これを複数の放電によって行うことにより、ディスラプションに至る放電と至らない放電での不安定性の評価以外に、ディスラプションに至る可能性の高いプラズマ条件の判定を行うことが可能となる。安定性の時間変化を評価するためには、多くの反復計算を必要とする電流分布計測込みのプラズマ平衡の計算とMHD不安定性解析を行う必要があるため、これを組み合わせたコードの開発と、比較的多くの計算機の資産が必要となる。JT-60Uにおける強負磁気シアプラズマにおいては、ディスラプションの分類を行う。分類にあたっては、(1)ディスラプション時の予兆振動の有無、(2)予兆振動の成長率、(3)安全係数、電流分布、イオン温度、電子温度、密度の分布、(4)プラズマ回転及びプラズマ回転分布などについて着目して解析を行う。予兆振動は磁気センサー及びECE、軟X線計測などで調べる。
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| Causes of Carryover |
米国の実験装置DIII-Dにて実験を行う予定と国際会議への参加予定があり、旅費を計上していたが、COVID-19の影響により、これらはさらに延期となっている。 COVID-19の影響が長引くことが予想されるため、JT-60Uのデータ解析を中心に行うこととし、MHD安定性解析コードを多く行うために必要な高性能計算機の導入を予定している。
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