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

2021 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 (10354573)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 核融合プラズマ / 非接触ダイバータプラズマ

Outline of Annual Research Achievements

非接触ダイバータプラズマの動的応答特性の理解を目指し、シミュレーションモデル開発と中性粒子0次元モデルを使った解析を継続した。
プラズマを扱うPICモデルと中性粒子を扱う0次元モデルの初期的な結合は2019年度に行ったが、大幅に増加した計算時間が課題であった。この課題を解決するために、モデルの結合方法を見直した。プラズマ、中性粒子の密度変化の時定数に注意しながら、両者のタイムステップ及び情報交換の頻度を調整することで、大幅な高速化に成功した。またPICモデル単体においても、昨年度に引き続き計算コストの削減と計算精度の向上を目指し、数値スキームの改良、アルゴリズムの見直しを進めた。特に、結合計算時の計算コストのさらなる削減にはコードの並列化が不可欠であり、並列化に向けコードの再構築を進めた。
中性粒子0次元モデルを用いた解析では、これまでの解析では実験データに比べて電子密度が低いという課題があったが、これを改善するために、輸送損失モデルの改善を試みた。これまでは、閉じ込め時間を用いて中性分子の輸送損失、すなわち粒子は行きを評価していたが、ダイバータにおける水素分子の閉じ込め時間を実験データとの比較から評価することは難しい。そこで、実験もしくは2次元シミュレーションにより評価可能な排気効率に基づく粒子排気モデルを構築・実装した。このモデルにより、実験的に妥当と考えられる範囲の排気効率で電子密度を増加させることができることがわかった。次年度に、各種反応への影響を含め解析を継続し、より適切な排気効率の設定を行い、PICコードとの結合による統合シミュレーションを進める。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

モデル開発については着実に進めているものの、2020年度、2021年度のCOVID-19による活動制限および研究協力者の体調不良により、当初計画に比べⅠ年程度遅れている。そのため、本研究課題の目的である非接触ダイバータプラズマにおける運動論効果および動的応答特性の解析が十分に進められていない状況にある。

Strategy for Future Research Activity

モデル開発については、計画の遅れるによる変更はあるものの本研究課題の目的達成に向けた開発は完了しつつある。そこで、研究期間を1年延長し、次年度、プラズマ・中性粒子結合モデルによる詳細な解析を実施する。

Causes of Carryover

成果発表及び情報収集のため参加を予定していた学会、国際会議がオンライン開催ととなり、旅費を使用しなかったため。