2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study of material migration in helical fusion devices
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18H01203
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
増崎 貴 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80280593)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ヘリカル型プラズマ閉じ込め装置 / プラズマ・壁相互作用 / マテリアルプローブ / LHD / W7-X |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はヘリカル型プラズマ閉じ込め装置におけるプラズマ対向材料移動の機構を明らかにし、予測可能とすることを目的として、日本とドイツの大型装置であるLHDとW7-Xを用い、実験と計算機シミュレーションの両面から研究を進めている。シミュレーションでは、ドイツで開発された３次元材料追跡コードERO2.0をLHDに適用する。
W7-Xでの実験では、ドイツで同装置の炭素製ダイバータ板の色分析を行った。ダイバータプラズマが当たり損耗する場所と、損耗した材料が堆積層を形成している場所において色の違いが明確に観測された。2018年のOP1.2bキャンペーンで真空容器内12カ所に設置していた方向性マテリアルプローブ（DMP）の表面分析を進めた。赤道面近傍に設置したDMPの一部の堆積層に方向性が見られた。方向性の発現機構は未解明であるが、この成果を国際ワークショップで発表した。
LHDでは真空容器の色分析、そして今年度実験前のDMPの設置、昨年度実験で設置したDMPの分析、また実験で使用した炭素製ダイバータ板の分析をそれぞれ進めた。LHDでは2017年度から重水素プラズマ実験を行っており、重水素・重水素核融合反応で発生したトリチウムがどのように炭素製ダイバータ板に残留しているのかをイメージングプレート法で調べた結果について国際会議で口頭発表した。また昨年度のダイバータ板の分析結果を国際会議で口頭発表した。
ERO2.0コードを用いた計算機シミュレーションについては、研究協力者をユーリッヒ研究所に派遣して同コードのLHDへの適用を進めようとしたが、コロナ禍により派遣ができなかった。結局2020年度、2021年度も派遣はできなかったが、オンラインでユーリッヒ研究所のJ. Romazanovらと打ち合わせをしながら適用を進めた。このために、シミュレーション結果を収納する記憶デバイスを購入した。
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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
研究実績の概要で記述したように、研究は概ね順調に進展した。一方で、研究協力者をユーリッヒ研究所に派遣してERO2.0コードのLHDへの適用を促進しようとしていたが、コロナ禍のために、派遣ができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
2018、2019年度のLHD実験、2018年度のW7-X実験でそれぞれの装置の真空容器内に設置してプラズマ環境に曝露した方向性マテリアルプローブの分析を進める。また、2019年度のLHD実験、2018年度のW7-X実験でそれぞれ使用された第一壁とダイバータ板について、分析用の試料を作成して分析を進める。W7-Xのダイバータ板は、すでに核融合科学研究所に到着ずみである。方向性マテリアルプローブは、第一壁上の堆積層形成の方向性を調べ、その形成機構を明らかにすることを目指す。ダイバータ板については、堆積と損耗の分布を調べる。W7-Xのダイバータ板については、堆積と損耗のトロイダル方向の異方性に注目して分析を進める。また、今年度のLHD実験で真空容器内に設置する方向性マテリアルプローブを作成して実験前に真空容器内に設置し、実験終了後に取り出す。またLHDの実験開始前には、真空容器内で第一壁の色分析を実施し、昨年度実験前と比較することにより広い範囲での堆積と損耗の様子を明らかにする。W7-Xでは2019年から改造のために実験が停止しており、次の実験は2022年に行われる。そのためのマテリアルプローブの設計と準備を始めるとともに、ドイツに赴き研究打ち合わせを行う。
計算機シミュレーションでは、ERO2.0コードのLHDへの適用を進める。ドイツのユーリッヒ研究所へ研究協力者が赴き、同コード開発者と密に相談しながら、LHDにおける真空容器内の炭素やタングステン、ボロンの移動についてシミュレーションを進める。
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