2020 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 (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 (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ドモード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2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継続するとともに，JT-60装置におけるQH-mode時のMHD安定性についての解析を行った．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までに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．今年度は，このような傾向が複数のDIII-D放電および異なる実験装置でも同様な傾向が得られるかを評価した結果，すべての放電・装置において「イオン反磁性ドリフト効果を考慮した場合にはプラズマ回転はピーリングモードを安定化させる」ことを明らかにした．これらの結果は，令和3年度に延期されたIAEA核融合エネルギー会議2020で報告される予定であると共に，これをまとめた論文をNuclear Fusion誌に投稿する予定である．
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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
米国General Atomics社，および量子科学技術研究開発機構の共同研究者の協力を得て，米国DIII-D装置およびJT-60装置における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．しかし，新型コロナウィルス感染症の影響によりGeneral Atomics社への出張などができず，共同研究者との議論や実験データの取得にやや不都合が生じている．今後，さらなる解析，特に新たな実験計測装置から得られたデータを用いたより精密な検証・解析を進めるためには事態の早期改善が前提になると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに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．特に，DIII-D装置で近年利用されている計測装置から得られたデータを活用してより精密な解析を実現することを目指す．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の検討において，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 |
令和2年度は新型コロナウィルス感染症の影響により予定していた外国出張がキャンセルとなった．これに伴って出張用に購入予定であったモバイルワークステーションの購入もキャンセルした．これらの旅費および購入費は令和3年度に利用する予定であるが，同影響が長引いた場合には研究計画を1年延長してこれらを利用することも想定している．
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