2019 Fiscal Year Research-status Report
Research for ELM suppression in fusion reactors with metallic wall
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18K03593
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
相羽 信行 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (20414584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本多 充 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (90455296)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁場閉じ込め核融合 / トカマクプラズマ / H-mode / MHD安定性 / エッジローカライズモード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度は，研究代表者が開発したプラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果を考慮した拡張MHD安定性解析コードMINERVA-DIを用いて，米国DIII-D装置におけるELM抑制運転（QH-mode）時のMHD安定性について数値解析を行った．これまで，同運転時にはプラズマ電流を主因として発生するMHDモード（ピーリングモード）が臨界安定状態にあり，これがプラズマ回転によって不安定化効果を受けることで周辺高調波振動（Edge Harmonic Oscillation: EHO）が発生しているとされていた．しかし，研究代表者が昨年度行った数値解析結果では，確かにピーリングモードが臨界安定状態にはあるものの，回転およびイオン反磁性ドリフト効果を同時に考慮した場合には同モードは回転によってむしろ安定化効果を受けることを明らかにしていた．令和元年度は，この安定化の原因について解析を進め，その結果，プラズマ回転とイオン反磁性ドリフト効果が相互作用を起こすことで，回転が持つMHDモードの不安定効果である動圧が変化し，逆に安定化に効きうることを明らかにした．さらに，この相互作用はプラズマ回転の向きによって安定化・不安定化どちらに作用するかが決まることを示し，実際にプラズマ回転の向きを反転させた場合には回転およびイオン反磁性ドリフト効果を同時に考慮してもピーリングモードは不安定化することを明らかにした．これらの結果は，第17回H-modeと輸送障壁に関する国際ワークショップにおいて発表すると共に，これをまとめた論文をNuclear Fusion誌に投稿・受理された（本報告書執筆時にはProof準備中）．
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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
米国General Atomics社の共同研究者の協力を得て，米国DIII-D装置のELM抑制運転（QH-mode）時のMHD安定性解析を行い，QH-mode時に観測される周辺高調波振動（Edge Harmonic Oscillation: EHO）の発生原因の特定につながる物理成果を得ることができた．この成果をまとめた論文をNuclear Fusion誌に投稿し，受理された（本報告書執筆時にはProof準備中）．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度得られた成果を基に，DIII-D装置の他放電の解析および国内JT-60U装置におけるQH-mode放電時の解析などを進め，より定量的な解析を進める．これにより，QH-mode時に観測されるEHOとMHD安定性との関係性についてより詳細な物理理解を得る．
また，金属壁が放出する不純物の影響を数値計算で模擬した場合にどのような変化が生じるかの解析を試みることで，本研究課題の目的である（核融合原型炉などにおいて想定される）金属壁を持つ核融合炉でのエッジローカライズモード抑制を検討する上でQH-modeが有効であるかを検討する上で必要な物理理解を得ることを目指す．
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| Causes of Carryover |
米国の共同研究者を訪問し，実験結果の解釈などの研究打ち合わせを行う予定であったが，令和元年度には関連実験が行われないこととなったため，また10月の国際ワークショップにおいて共同研究者との打ち合わせができたため，米国への出張を令和2年度に繰り越した．それに伴い，出張先で数値解析を行うために購入予定であったモバイルワークステーションについても令和2年度に購入することとした．
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