Verification of the robustness of methods to prevent impurity accumulation using a compound-tracer encapsulated solid pellet

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01881
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 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

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。
2022年度は、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最低限必要なデータを取得できるように、1) LHDで生成されるプラズマの線平均電子密度を昨年度よりもさらに少し高く (2021年度: 約3.3x10^19 m^-3、2022年度: 約4.8x10^19 m^-3)して、2) 追加で印加される電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）とイオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）の入射パワーをなるべく揃えて、複合トレーサー内蔵ペレット（Compound-TESPEL）入射実験を実施した。ICRHに関しては、不純物蓄積回避スキームのロバスト性におけるICRH入射パワー依存性に関するデータを取得するため、２通りの入射パワー（約1.6 MWと約2.2 MW）で実験を実施した。入射したCompound(Li2TiO3, CaAlO4, SiB6, NaCl)-TESPELのほぼ全てでデータを取得することができ、1) LHDプラズマ中の不純物挙動のICRH入射パワー依存性、2) LHDプラズマ中の不純物挙動の追加熱手法による違いなどを明確に得ることができた。現在、これまでに得られたデータを含めて処理を進めながら、１次元不純物輸送コードSTRAHLなどを用いた解析を進めているところである。

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

• [Int'l Joint Research] マックスプランク・プラズマ物理研究所(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: マックスプランク・プラズマ物理研究所
• [Int'l Joint Research] エネルギー・環境・科学技術研究センター(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: エネルギー・環境・科学技術研究センター
• [Int'l Joint Research] プラズマ物理とレーザーマイクロ核融合研究所(ポーランド)
  • Country Name: POLAND
  • Counterpart Institution: プラズマ物理とレーザーマイクロ核融合研究所
• [Int'l Joint Research] ウィスコンシン大学マディソン校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ウィスコンシン大学マディソン校
• [Int'l Joint Research] サンクトペテルブルク工科大学(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: サンクトペテルブルク工科大学
• [Journal Article] Detailed Analysis of Spectra from Ga-like Ions of Heavy Elements Observed in High-Temperature Plasmas (2023)
  • Author(s): Suzuki Chihiro、Koike Fumihiro、Murakami Izumi、Kato Daiji、Tamura Naoki、Oishi Tetsutarou、Nakamura Nobuyuki
  • Journal Title: Atoms Volume: 11 Pages: 33～33
  • DOI: 10.3390/atoms11020033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Three-dimensional structure of radiative cooling in impurity seeded plasmas in the Large Helical Device (2022)
  • Author(s): Mukai K.、Kawamura G.、Masuzaki S.、Hayashi Y.、Tanaka H.、Peterson B.J.、Oishi T.、Suzuki C.、Kobayashi M.、Munechika K.
  • Journal Title: Nuclear Materials and Energy Volume: 33 Pages: 101294～101294
  • DOI: 10.1016/j.nme.2022.101294
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Three-dimensional structure of radiative cooling in impurity seeded plasmas in the Large Helical Device (2022)
  • 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] Initial Results of He-beam experiments on LHD (2022)
  • Author(s): N. Tamura, M. Kobayashi, G. Motojima, H. Kasahara, K. Hanada, O. Schmitz, A. Dinklage, K. Nagaoka, K. Ida, S. Serada, M. Yoshinuma, Y. Kawamoto, Y. Fujiwara, S. Kamio, H. Funaba, Y. Hayashi, K. Tanaka, T. Tokuzawa, I. Yamada, and R. Yasuhara
  • Organizer: 23rd International Stellarator-Heliotron Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Accelerated impurity exhaust by means of ICRF heating at LHD (2022)
  • Author(s): D. Moseev, H. Kasahara N. Tamura, K. Tanaka, H. Igami, H. Funaba, T. Seki, I. Yamada, M. Yoshinuma, K. Ida, T. Kinoshita, H. Sakai, H.M. Smith, H.P. Laqua, R. Ochoukov, V. Bobkov, S.A. Lazerson, F. Reimold, D. Hartmann, B. Alers, P. Xanthopoulos, Ye. O. Kazakov, and M. Salewski
  • Organizer: 23rd International Stellarator-Heliotron Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Detailed analysis of spectra from Ga-like ions of heavy elements observed in high temperature plasmas (2022)
  • Author(s): C. Suzuki, F. Koike, I. Murakami, D. Kato, N. Tamura, T. Oishi, N. Nakamura
  • Organizer: 20th International Conference on the Physics of Highly Charged Ions
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Soft X-ray spectroscopy and atomic physics of highly charged lanthanide ions in plasmas (2022)
  • Author(s): C. Suzuki, F. Koike, I. Murakami, N. Tamura, T. Oishi, N. Nakamura
  • Organizer: 6th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Relation between toroidally asymmetric behavior of divertor heat load and radiation structure in impurity seeded plasmas on LHD (2022)
  • Author(s): K. Mukai, G. Kawamura, S. Masuzaki, Y. Hayashi, H. Tanaka, B.J. Peterson, T. Oishi, C. Suzuki, M. Kobayashi, K. Munechika
  • Organizer: 31st International Toki Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高温プラズマ中におけるガリウム様重元素イオンからの発光スペクトルの詳細解析 (2022)
  • Author(s): 鈴木千尋、小池文博、村上泉、加藤太治、田村直樹、大石鉄太郎、中村信行
  • Organizer: 第38回プラズマ・核融合学会年会