Rovibrationally resolved neutral transport codes for molecular hydrogen

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K03581
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: Sawada Keiji 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40262688)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 水素分子 / 振動状態 / 回転状態 / 衝突輻射モデル / 中性粒子輸送コード / 非接触プラズマ / 分子活性化再結合 / ダイバータプラズマ

Outline of Final Research Achievements

In collisions between charged particles and molecular hydrogen in fusion divertor plasmas, the reaction rate coefficient varies by several orders of magnitude depending on the vibrational and rotational state of the molecular hydrogen, such as molecular assisted recombination. A detailed model that considers the vibrational and rotational states is required. In this study, we have developed a neutral transport code incorporating our collisional radiative model for molecular hydrogen that considers the electronic, vibrational, and rotational states. The code gives the electronic, vibrational, and rotational population distribution and the energy loss of charged particles that cause vibrational and rotational excitation of the molecules in plasmas. We tested the code by applying it to an RF device at Shinshu University.

Free Research Field

プラズマ分光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

核融合発電炉実現に向けた大きな問題として、粒子排気部で荷電粒子と接触するダイバータ板の損耗がある。これに対し、ダイバータ板近傍に存在する水素分子を荷電粒子からダイバータ板を守る緩衝材とする方策が有力視されている。荷電粒子と水素分子の衝突では、分子活性再結合過程など、反応速度係数が水素分子の振動・回転状態により数桁もかわるものがあり、ダイバータ近傍のプラズマシミュレーションでは水素分子の振動・回転状態を区別したモデルが必要となっていた。本研究では振動・回転状態を区別してプラズマ中の分子密度を計算する中性粒子輸送コードを開発した。分子との衝突による荷電粒子のエネルギー損失が計算できるようになった。