2023 Fiscal Year Annual Research 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 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, 那珂研究所 先進プラズマ研究部, グループリーダー (20414584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本多 充 京都大学, 工学研究科, 教授 (90455296)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁場閉じ込め核融合 / エッジローカライズドモード / QH-mode / 拡張MHDモデル / トカマク / プラズマ回転 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5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装置におけるエッジローカライズドモード（ELM）抑制運転の1つであるquiescent H-mode (QH-mode)が得られる運転領域の同定を試みた．令和4年度までに，QH-modeではプラズマ電流を主因として発生するMHDモード（K/PM）が回転によって安定化されることを明らかにし，この安定化がQH-modeで観測される周辺高調波振動（EHO）を引き起こす要因と考えられることを示し，さらに周辺閉じ込め改善領域（ペデスタル）のイオン温度が高いほどMHDモードが安定化される一方，ペデスタルの位置がプラズマ表面に近づくほどK/PMが不安定化されることを明らかにした．
令和5年度の解析は，この理解を踏まえて，QH-mode状態が得られる運転領域の同定を目的として，DIII-D装置での実験結果の数値解析を実施した．この実験では，QH-mode状態となったプラズマにおいて回転速度を減少させてELMが発生する状態に一旦遷移させたのちに回転を再び増加させることでQH-mode状態が回復しており，解析は最初のQH-mode，ELM発生時および2回目のQH-modeのそれぞれの状態に対して行った．その結果，QH-modeでは高いイオン温度が重要であることが確認できたが，ペデスタル分布の位置が表面近くに存在する場合にもELMが発生することが明らかになった．これは，高いイオン温度と速いプラズマ回転により「QH-mode運転領域」が広く得られることがQH-modeの実現に不可欠であり，ペデスタルが表面近傍に存在しても，イオン温度や回転速度の低下により同運転領域が狭くなり，プラズマがこの領域外に出た場合にはELMが発生することを示した．
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