2019 Fiscal Year Research-status Report
熱過程を考慮した分子計算によるダイバータ損耗・蓄積にHeバブルが及ぼす影響の解明
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18K13528
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
齋藤 誠紀 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40725024)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子動力学法 / タングステン / 水素リサイクリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉中では、炉壁に水素やヘリウムのプラズマが照射される。その結果、ヘリウムや水素のバブルが形成されるなどし、炉壁の損耗が問題となる。本課題では、タングステン材や炭素材へ水素やヘリウムプラズマ照射する分子動力学計算を実施し、その損耗過程やプラズマリサイクリングの素過程を原子スケールで解明することを目指す。
本年度は、タングステン‐水素相互作用に焦点を絞り、タングステン材に水素プラズマを照射する分子動力学計算を実施した。計算を実施するため、1．古典MDで用いるためのタングステン‐水素ポテンシャルの実装、2. 熱過程を考慮するため、標的材の端部を熱伝導方程式と接続する熱浴法を考案し実装、3. 第一原理計算実施と実装した古典ポテンシャルとの比較、4. 試験的な分子動力学計算の実施、5. 標的材中の水素密度を変更した際の放出水素原子・分子挙動の比較、を行った。その結果、水素プラズマ照射化においてタングステン材から放出される水素原子・分子の数・放出角の分布や、振動エネルギーと回転エネルギーを区別した放出エネルギー分布の見積もりに成功した。また、OpenMXを用いた第一原理計算と実装した古典タングステン‐水素ポテンシャルの比較を行い、タングステン材表面に、水素が吸着する傾向があることを確かめた。さらに、表面中を水素原子が移動する動的過程などを検証することに成功した。タングステン材表面に吸着した水素原子は、他の水素原子と結合し分子となる過程で表面から斥力を受け分子として放出されることがわかった。
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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
タングステン材へプラズマが照査された際の分子動力学計算に成功しており、タングステン中や表面でプラズマ粒子が結合する様子などの動的過程を計算していることに成功している。また、第一原理計算との比較を行うことで、古典分子動力学計算の計算精度を確認することにも成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 第一原理計算と古典ポテンシャルエネルギー関数の比較をさらに進め、古典分子動力学計算の適用範囲を明確にする。
2. 入射エネルギーや標的材の温度を変えた際に、材料中でのプラズマ粒子の挙動の違いや放出原子・分子のエネルギー分布等の違いを調べる。
3. ヘリウム原子と水素原子の相互作用を取り入れ、ヘリウムと水素が同時に照射される場合や、ヘリウムバブルが水素プラズマ挙動に与える影響を調査する。
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