2020 Fiscal Year Annual Research Report
Compatibility between stable divertor detachment and core plasma performance with 3D edge magnetic field structure change
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19H01878
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
小林 政弘 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30399307)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 3次元磁場構造 / 熱的不安定性 / プラズマ放射冷却 / 乱流伝播 / 輸送障壁 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
周辺部の揺動計測用の高速カメラシステムの立ち上げを完了した。最大100kHzサンプリングでHeと水素の発光線の分布計測を行えるようになった。このシステムにより、高ベータプラズマ放電において、閉じ込め改善時にダイバータレグから突発的にプラズマが吐き出される様子を観測することができた。
コアプラズマの輸送コードの改良を行い、輸送の変化をより高い空間分解能で解析できるようになった。この結果、後述する重水素と軽水素の周辺部の輸送の違いを見出すことができるようになった。
昨年度に見つかっていた重水素プラズマにおけるダイバータデタッチメント時に起こる閉じ込め改善モードについて、軽水素放電で同様の現象があるかを調べた。その結果、軽水素でも同様の遷移現象は見られるが一時的であること、コア部での輸送係数は重水素と軽水素でほとんど同じであるが、周辺部では重水素において顕著な輸送障壁が形成されることが明らかになった。プラズマの揺動については、閉じ込め改善が起こる際には、重水素でより顕著な揺動の減少が見られた。詳細な物理過程について解析を進めている。
この他新たな放電モードの試みを行った。共鳴摂動磁場が共鳴する半径位置を変化させ、かつプラズマからの放射損失を促進するために不純物入射を行い、さらに電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）によってプラズマの極中心部を選択的に加熱したところ、入力パワーの90％を放射損失させることに成功した。また、50％の放射損失を安定に５秒間維持することにも成功した。これらはいずれもLHDにおけるこれまでで最大放射損失量、最長維持時間である。このような高放射損失を安定に維持できた理由として、周辺部の磁場構造が大きく関係しているとともに、プラズマの加熱方式の効果もあると考えられる。
ヘリカル型装置W7-AS/X装置との比較を行い、PSI国際会議で基調講演として発表を行った。
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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
高速カメラシステムの立ち上げが完了した。軽水素と重水素の比較を進めた。また新たな運転モードにより高い放射損失が得られたことから、ダイバータ熱負荷軽減とコアプラズマ性能の両立、およびその理解に向けて進展があった。ドイツのヘリカル型装置W7-AS/Xとの比較研究を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
高速カメラで得られたHeと水素の発光強度分布の解析を、衝突輻射モデルを用いて解析することにより、プラズマの電子温度・電子密度および中性粒子の揺動を評価する。新たに見つかった高放射損失運転について、コアの閉じ込め性能の評価と揺動データの解析を行う。また、加熱方式の違い（電子サイクロトロン共鳴加熱、中性粒子入射ビーム加熱）による影響を系統的に調べる。
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[Presentation] Divertor operation scenarios in helical devices2021
Author(s)
R. Koenig, S. Masuzaki, M. Kobayashi, K. Mukai, G. Motojima, T. Oishi, Y. Hayashi, G. Kawamura, T. Morisaki, S. Brezinsek, F. Effenberg, Y. Feng, M. Jakubowski, T. Kremeyer, M. Krychowiak, V. Perseo, F. Reimold, M. Otte, O. Schmitz, T Sunn Pedersen, T. Wauters, U. Wenzel, V. Winters and the W7-X and LHD teams
Organizer
International Conference on Plasma Surface Interaction
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Ro-vibrational Population Distribution in the Ground State of Hydrogen Molecule Isotope in LHD Peripheral Plasmas Deduced from Emission Spectroscopy2020
Author(s)
Arseniy KUZMIN, Hiroki ISHIHARA, Masahiro KOBAYASHI1, Taiichi SHIKAMA, Keiji SAWADA, Seiki,SAITO, Hiroaki NAKAMURA, Keisuke FUJII, Masahiro HASUO, and the LHD Experiment Group
Organizer
International Toki Conference 29
Int'l Joint Research
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