2021 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)
舟場 久芳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40300727)
向井 清史 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90632266)
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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 / トレーサー内蔵固体ペレット / 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。
2021年度は、これまで実施してきた複合トレーサー内蔵ペレット（Compound-TESPEL）の開発及び同Compound-TESPELを用いた初期実験の結果を基に、Compound-TESPELを用いた不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証を核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）で本格的に開始した。本研究課題では、不純物蓄積回避スキームとして、電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）または、イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）により、Compound-TESPEL入射直後にプラズマを追加熱している。中心集光されたECRHを用いた場合について、2020年度の実験時と比較して、ターゲットプラズマの線平均電子密度を少し高くして同様の実験を実施した。ICRHを用いた場合について、2021年度に初めて実験を実施し、ECRHほど明瞭ではないものの、不純物蓄積回避スキームとして有効であることを確認することができた。この確認は、ヘリカルプラズマにおいては世界で初めての例である。
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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
2021年度は、これまで実施してきた開発及び初期実験の結果を基に、Compound-TESPELを用いて、不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証を本格的に進めることができた。2021年度は、昨年度の結果を踏まえて、リチウム(Z=3)とチタン(Z=22)の間の不純物を効果的かつ効率的にLHDプラズマに入射するのに適当な化合物として、1) チタン酸リチウム(Li2TiO3)、2)六ホウ化ケイ素(SiB6)、3)アルミン酸カルシウム(CaAl2O4)、4)塩化ナトリウム(NaCl)を選択した。ECRH追加熱による不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証の手始めとして、昨年度の実験時はターゲットプラズマの線平均電子密度が3 - 4x10^19 m^-3であったのに対して、5x10^19 m^-3と少し高くして同様のECRH実験を実施した（現在、実験データの較正を含めて、その詳細な解析を進めているところである）。また、異なる不純物蓄積回避スキームとして、ICRH追加熱を用いた実験をターゲットプラズマの線平均電子密度5x10^19 m^-3で実施した。ECRH追加熱時ほど明瞭ではないものの、ヘリカルプラズマにおいてもICRH追加熱が不純物蓄積回避スキームとして有効であることを世界で初めて確認することができた（こちらも現在、実験データの較正を含めて、その詳細な解析を進めているところである）。
Compound-TESPELを用いた不純物蓄積回避スキームのロバスト性評価実験を本格的に開始できたこと、不純物蓄積回避スキームとして、ICRHが有効であることをヘリカル系において初めて確認できたこと等を踏まえ、本研究課題は、おおむぬ順調に進展している、と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、本研究課題の最終年度であることから、不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証について追い込みをかける。現時点では、現状の機器構成を有するLHDで実験を実施できるのは、本年度が最後となっている。したがって、次年度以降にデータを再取得するのが難しい状況である。このことを踏まえて、実験データを取得する際は、必要なデータセットは必ず取り切るようにする。ECRHに関しては、周辺に集光した場合の実験データを取得する。ICRHに関しては、前回とは異なるターゲット密度で実験データを取得する。また、これまでの得られた実験データのうち、再取得が必要なものがあれば、そのための実験を最優先で実施する。得られた実験結果に対して、１次元不純物輸送コードSTRAHLを用いて、合理的な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。以上の研究により、得られた成果については、できるだけ速やかに権威ある国際及び国内学会などで報告し（できるだけ口頭発表を希望し、宣伝効果を高くする）、インパクトファクターの高い論文誌に投稿する。
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[Presentation] LHDプラズマにおける不純物混入時の水素同位体イオン分布の応答2022
Author(s)
田村 直樹, 吉沼幹朗, 居田克巳, 大石鉄太郎, 後藤基志, 田中謙治, 徳沢季彦, 舟場久芳, 山田一博, 小林政弘, 本島厳, 笠原寬史
Organizer
日本物理学会第77回年次大会
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[Presentation] Experimental Study Towards Taming Mixed Ion Species Plasmas in 3D Magnetic Field2021
Author(s)
N. Tamura, K. Ida, M. Yoshinuma, K. Nagaoka, Y. Fujiwara, T. Oishi, M. Kobayashi, T. Kobayashi, M. Goto, C. Suzuki, Y. Hayashi, H. Funaba, S. Masuzaki, K. Mukai, G. Motojima, M. Nakata, H. Yamaguchi, R. Sakamoto, M. Shoji, O. Schmitz, R. Seki, K. Tanaka, T. Tokuzawa, I. Yamada and R. Yasuhara
Organizer
5th Asia Pacific Conference on Plasma Physics
Int'l Joint Research / Invited
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