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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Compatibility between stable divertor detachment and core plasma performance with 3D edge magnetic field structure change

Research Project

Project/Area Number 19H01878
Research InstitutionNational Institute for Fusion Science

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)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords3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
Outline of Annual Research Achievements

周辺部高速カメラシステムで得られた画像に対して特異値分解法を適用し、揺動伝播の磁力線方向とこれに垂直方向成分に分離することが可能となった。また、イメージファイバと光学系を改良することにより、以前よりも2倍程度の信号強度を得ることが可能となった。
昨年度に見つかった乱流伝播において詳細な解析を進め、乱流伝播の発生は輸送障壁における径方向電場のシアによって大きく影響を受けていることが明らかになった。
一昨年度に見つかった周辺磁気島の半径位置の最適化と不純物(ネオン)を外部から導入した運転モードにおいて、さらに詳細な実験を行った。その結果、放射損失量と磁気島での電子温度は、ネオンの導入量の増加に対して不連続に変化することが確認された。一方、周辺部に磁気島が無い場合には、放射損失はほぼ不純物の導入量に比例して増加する。この結果は、周辺部の放射損失量が単純な不純物多荷イオン密度の関数ではなく、磁場構造と各元素固有の冷却関数の非線形性に強く依存していることを示唆している。
周辺磁気島が不純物多荷イオンの放射分布形成に果たす役割を熱的不安定性の観点から考察を行った結果、磁気島のX点において不安定性の線形成長率が大きくなることが分かった。これは、一昨年度に行った非定常数値シミュレーションにおいて、放射冷却がX点近傍から始まることとも一致している。また、イメージング分光器で計測された不純物イオンからの発光分布も、デタッチメント遷移時にはX点付近で放射損失が促進されることが確認された。以上のことから、周辺磁気島による放射損失の形成メカニズムについての理解が大きく進展した。
周辺部に同様の磁気島構造を有するステラレータ装置W7-Xとの比較を進めるため、同装置における実験提案を行い、また数値シミュレーションを進め、W7-Xにおいても周辺磁気島のX点付近で放射損失が増加する傾向を初期結果として得た。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (22 results)

All 2022 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 5 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] 西南交通大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      西南交通大学
  • [Int'l Joint Research] デュッセルドルフ大学/マックスプランク研究所(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      デュッセルドルフ大学/マックスプランク研究所
  • [Int'l Joint Research] ウィスコンシン大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ウィスコンシン大学
  • [Journal Article] An approach to implement a heat flux limit in a model for fusion relevant plasmas2022

    • Author(s)
      M. Z. Tokar M. Kobayashi N. Ohno
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 29 Pages: 032502-1, 11

    • DOI

      10.1063/5.0079524

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spatial Profiles of NeVI-NeX Emission in ECR-Heated Discharges of the Large Helical Device with Divertor Detachment Induced by RMP Application and Ne Impurity Seeding2022

    • Author(s)
      T. Oishi, M. Kobayashi, H. Takahashi, Y. Hayashi, K. Mukai, S. Morita, M. Goto, Y. Kawamoto, T. Kawate, S. Masuzaki, C. Suzuki, G. Kawamura, G. Motojima, R. Seki
    • Journal Title

      Plasma and Fusion Research

      Volume: 17 Pages: 2402022-2402022

    • DOI

      10.1585/pfr.17.2402022

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Isotope effect of rovibrational distribution of hydrogen molecules desorbed from amorphous carbon2022

    • Author(s)
      H. Nakamura, S. Saito, T. Sawada, K. Sawada, G. Kawamura, M. Kobayashi, M. Hasuo
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Pages: SA1005-1~10

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac2435

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Three-dimensional structure of radiative cooling in impurity seeded plasmas in the Large Helical Device2022

    • Author(s)
      K. Mukai, G. Kawamura, S. Masuzaki, Y. Hayashi, H. Tanaka, B.J. Peterson, T. Oishi, C. Suzuki, M. Kobayashi, K. Munechika
    • Journal Title

      Nuclear Materials and Energy

      Volume: 33 Pages: 101294-1~7

    • DOI

      10.1016/j.nme.2022.101294

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Self-Sustained Divertor Oscillation Driven by Magnetic Island Dynamics in Torus Plasma2022

    • Author(s)
      T. Kobayashi, M. Kobayashi, Y. Narushima, Y. Suzuki, K. Y. Watanabe, K. Mukai, Y. Hayashi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 128 Pages: 085001-1~5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.128.085001

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Turbulence Spreading into an Edge Stochastic Magnetic Layer Induced by Magnetic Fluctuation and Its Impact on Divertor Heat Load2022

    • Author(s)
      M. Kobayashi, K. Tanaka, K. Ida, Y. Hayashi, Y. Takemura, T. Kinoshita
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 128 Pages: 125001-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.128.125001

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Confinement improvement during detached phase with RMP application in deuterium plasmas of LHD2022

    • Author(s)
      M. Kobayashi, R. Seki, Y. Hayashi, T. Oishi, K. Tanaka, Y. Takemura, K. Ida, T. Kinoshita, K. Mukai, S. Morita, S. Masuzaki
    • Journal Title

      Nuclear Fusion

      Volume: 62 Pages: 056006-1~16

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ac42f3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Gas puff imaging system for edge plasma fluctuation measurements in large helical device2022

    • Author(s)
      M. Kobayashi, S. Ohdachi, Y. Xu, W. Li, A. Shimizu, J. Cheng
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 93 Pages: 093513-1~6

    • DOI

      10.1063/5.0100301

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Confirmation of the Absence of Contact between Edge Boundary Plasma and Inboard First Wall in LHD Discharges Based on Radial Profile Measurement of Hβ Line Emissions2022

    • Author(s)
      Yasuko Kawamoto, Shigeru Morita, Gakushi Kawamura, Motoshi Goto, Tetsutarou Oishi, Tomoko Kawate, Masahiro Kobayashi, Mamoru Shoji
    • Journal Title

      Fusion Science and Technology

      Volume: 78 Pages: 537-548

    • DOI

      10.1080/15361055.2022.2068897

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Gas puff imaging system for edge plasma fluctuation measurements in Large Helical Device2022

    • Author(s)
      M. Kobayashi, S. Ohdachi, Y. Xu, W. Li, J. Cheng, A. Shimizu
    • Organizer
      High-temperature plasma diagnostics conference 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High radiation fraction detachment with Ne seeding and edge magnetic island in new magnetic configuration in LHD2022

    • Author(s)
      M. Kobayashi, T. Oishi, Y. Hayashi, K. Mukai, H. Takahashi, K. Tanaka, T. Kinoshita, M.Z. Tokar, B.J. Peterson, S. Masuzaki
    • Organizer
      25th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] He exhaust property in helical divertor at LHD2022

    • Author(s)
      S Sereda, M Kobayashi, H Funaba, M. Yoshinuma, K Ida, O Schmitz
    • Organizer
      International stellarator/heliotron workshop 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Detachment control with feedback impurity seeding and ECRH injection in LHD2022

    • Author(s)
      M. Kobayashi, Y. Mizuno, K. Nagahara, T. Tsujimura, K. Mukai, Y. Yoshimura, Y. Hayashi, T. Oishi, C. Suzuki, N. Kenmochi, S. Masuzaki, B.J. Peterson
    • Organizer
      48th EPS Conference on Plasma Physics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Edge MHD and Turbulent Transport and their Impact on Pedestal, SOL and Divertor Heat Flux2022

    • Author(s)
      Masahiro Kobayashi
    • Organizer
      H-mode workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Turbulence spreading into edge stochastic magnetic layer induced by MHD activity in toroidal confinement plasma2022

    • Author(s)
      M. Kobayashi, K. Ida, K. Tanaka, Y. Hayashi, Y. Takemura, T. Kinoshita, T. Tokuzawa
    • Organizer
      6th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] High radiation fraction detachment with Ne seeding and an edge magnetic island in a new magnetic configuration in LHD2022

    • Author(s)
      M. Kobayashi, T. Oishi, Y. Hayashi, K. Mukai, H. Takahashi, K. Tanaka, T. Kinoshita, M.Z. Tokar, B.J. Peterson, S. Masuzaki, H. Nakamura
    • Organizer
      第39回プラズマ・核融合学会年会
  • [Presentation] Characteristics of heat flux mitigation in radiative divertor with multi magnetic footprint in the Large Helical Device2022

    • Author(s)
      Y Hayashi, M Kobayashi, K Mukai, S Masuzaki, T Murase, and the LHD Experiment Group
    • Organizer
      25th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-dimensional structure of radiative cooling in impurity seeded plasmas in the Large Helical Device2022

    • Author(s)
      K. Mukai, G. Kawamura, S. Masuzaki, Y. Hayashi, H. Tanaka, B.J. Peterson, T. Oishi, C. Suzuki, M. Kobayashi, K. Munechika
    • Organizer
      25th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] He exhaust property in helical divertor at LHD2022

    • Author(s)
      S. Sereda, M. Kobayashi, H. Funaba, M. Yoshinuma, K. Ida, O. Schmitz and the LHD team
    • Organizer
      International Stellarator/Heliotron workshop 2022
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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