運動論的統合モデリングによる非接触ダイバータプラズマの動的応答特性の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03794
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 星野 一生 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50513222)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 伸彦 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, グループリーダー(定常) (10354573)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 核融合プラズマ / ダイバータ / 非接触ダイバータプラズマ / PICモデル

Outline of Annual Research Achievements

非接触ダイバータプラズマの物理機構とその動的応答特性の解明を目指し、2020年度は、(1)運動論的統合モデルで用いるPIC（Particle-in-Cell）モデルの改良およびパルス入射の予備解析、（2）0次元モデルを使った非接触ダイバータの解析を進めた。
（1）として、PICモデルは2019年度に基本部分を開発したが、トカマクを模擬した系で解析を行うために、改良を行った。合わせて、数値スキームも変更し、より高精度で解析が可能となった。また、中性粒子モデルと結合していないPICモデル単独ではあるが、ELMパルスを模擬した予備解析を行った。10eVのプラズマを入射し定常状態を作り、そこへ100eVのパルスを入射したところ、パルス成分は緩和しないままダイバータへ到達し、2温度プラズマとなる解が得られた。高エネルギー成分が存在すると、振動励起分子の生成が促進されると考えられるため、振動励起分子を起点とする分子活性化再結合反応および非接触ダイバータが促進される可能性がある。
（2）として、中性粒子0次元モデルを用いて、入射プラズマ粒子数や系のサイズ等を変化させ、非接触ダイバータへの影響について解析を進めた。ダイバータプラズマ密度を徐々に増加させることで、再結合反応の主反応が分子活性化再結合から三体再結合へと変化していくことが確認でき、モデルの妥当性が確認できた。ただし、トカマク実験等に比べると、入射プラズマ粒子数に対して密度が低く、運動論的統合モデルの解析へ向けて中性粒子モデルの調整を進める必要である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

計画に沿って運動論的統合モデルの開発および妥当性検討・予備解析を進めている。ただし、2020年度はCOVID-19により研究室への立入禁止期間が生じた事等が影響し、モデル開発の進捗がおくれており、特に中性粒子モデル拡張が完了していない状況である。

Strategy for Future Research Activity

2020年度に計画していた中性粒子モデルの拡張を急ぐと共に、当初計画に伴い、非接触ダイバータプラズマの動的応答特性の解析を進める。また、旅費未使用額により解析用計算機を購入し、コード開発・解析の効率化・高速化を行い、研究を加速させる。

Causes of Carryover

COVID-19の影響により、国際会議参加や研究打合せ等を見合わせたことにより、旅費に大きな未使用額が発生した。2021年度は、国内学会、国際会議への参加費として使用する。旅費については、オンライン会議等の活用により2021年度も当初予定より旅費の使用が減少すると考えられる。前年度未使用分と合わせ新たに解析用計算機を購入し、研究の加速を図る。