2019 Fiscal Year Annual Research Report
Verification of the robustness of methods to prevent impurity accumulation using a compound-tracer encapsulated solid pellet
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19H01881
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
田村 直樹 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (80390631)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉沼 幹朗 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (20323058)
鈴木 千尋 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30321615)
向井 清史 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90632266)
舟場 久芳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40300727)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマ・核融合 / 炉心プラズマ / 不純物輸送 / 不純物蓄積 / トレーサー内蔵ペレット / TESPEL |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、不純物蓄積回避の度合いが、プラズマパラメータを変化させることでどの程度影響を受けるかを系統的に調べる。この作業を通して、不純物回避スキームにおいて鍵となる物理パラメータを実験的に明らかにする。また、シミュレーションとの比較、検証を繰り返し行い、確実性の高い物理モデルを構築する。最終目的として、不純物蓄積回避スキームを支える物理機構の解明を目指す。
2019年度は、以上のための準備として、1) 低Z不純物密度分布を計測するための荷電交換分光(CXS)計測の整備、2) 複合トレーサー内蔵ペレットの開発と改良を実施した。1) リチウムを始めとする様々な低Z不純物から荷電交換再結合光を系統的に測定するために、申請時の計画を前倒しして、本研究課題専用のCXS計測システムを整備した。2) 不純物の原子番号依存性の観点から不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証を一気に進めるために、低Z不純物と高Z不純物、それぞれを含む複合トレーサー内蔵ペレットの開発を進めた。前述の専用CXS計測システムの最適化及び必要な複合トレーサー量の調査のために、既存のポリマー中空球に複合トレーサーを封入し、それを複数個同時入射する手法を新たに開発した。この手法を用いた予備実験（ここでは、複合トレーサーの第一候補としている、メタチタン酸リチウム(Li2TiO3)を使用）を実施した結果、CXS計測に十分な量の低Z不純物を、現有の技術で開発可能な複合トレーサー内蔵ペレットとして入射できる見通しを得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2019年度は、LHDの今後の計画を見据え、申請時の計画を前倒しして、本研究課題専用の荷電交換分光(CXS)計測システムを整備した。また、予備実験の結果、荷電交換分光(CXS)計測で十分な信号を得るために必要な低Z不純物の量を、現有の技術で開発可能な複合トレーサー内蔵ペレットとして入射できる見通しを得ることができた。予備実験であったため、系統的なデータ取得までには至らなかったが、複合トレーサー内蔵ペレットによって入射された低Z不純物と高Z不純物それぞれの振る舞いを同一条件で測定する、という従来の研究では得られなかった実験データを得ることもできた。以上のことから、本研究課題は、当初の計画以上に進展している、と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度の結果に基づき、2020年度は以下の３つの研究・開発を実施する。1) 複合トレーサー内蔵ペレットの開発と改良、2) 軽Z不純物密度分布を計測するための荷電交換計測の改良、3) 不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証。1)においては、本研究課題の実施に必要な低Z不純物の量を把握することができたので、それを封入することができるポリマー中空球の開発を、浜松ホトニクス株式会社の玉置善紀（研究協力者、前任の佐藤仲弘の後任者）ともに急ぐ。2)においては、2019年度の実験データを基に、さらに精度良くLHDプラズマ中における低Z不純物の時空間発展を測定するために、CXS計測システムの最適化を進める。3)においては、複合トレーサー内蔵ペレットの開発が終了次第、2020年度実施予定のLHD実験において、不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証を開始する。本年度は、適用する不純物蓄積スキームとして、電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）の印加に絞って、実験を進めていく。１次元不純物輸送コードSTRAHLを用いて、得られた実験データを再現できる不純物輸送係数分布を求める。求めた不純物輸送係数分布を、新古典輸送理論コードDKES/PENTA及びジャイロ運動論コードGKVによって得られた計算結果と比較して、妥当性の高い輸送モデルの構築を進める。また、あわせて、国内外で開催されるワークショップや学会に参加して、本研究の進捗状況及び成果のまとめについて報告し、外的評価を受ける。それと同時に、本研究で得られた成果をまとめて、コミュニティにおいて認知度の高い学術論文誌に投稿する。
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