2020 Fiscal Year Research-status Report
非接触プラズマ中性粒子輸送解明のための対向壁水素リサイクルモデリング構築
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19K03800
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
中村 浩章 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30311210)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澤田 圭司 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40262688)
齋藤 誠紀 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40725024)
田村 祐一 甲南大学, 知能情報学部, 教授 (50311212)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 中性原子分子 / 衝突複写モデル / 分子動力学法 / 水素原子 / 水素分子 / 水素同位体 / 炭素 / タングステン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、壁から発生する水素の情報を分子動力学計算のところで、大きく以下の２つの取り組みを行った。
（１）壁材として炭素を想定し、その炭素に水素同位体（軽水素H,重水素D,三重水素T)を各々照射した場合に発生する。各水素同位体原子・分子の発生量などの情報を分子動力学法で求めることができた。現時点では、Ｈ,Ｄ,Ｔの複数種が混ざったような状態は扱うことができないが、まずは、各同位体ごとに計算を行い物理量、特に水素同位体分子の振動回転順位分布を得ることができることを占めることができた。
（２）壁材料としてタングステンについて、軽水素を照射し、水素原子・分子の発生の分子シミュレーションを行った。炭素材からタングステンに変える際に、炭素―水素を扱えるポテンシャルから、タングステン―水素を扱えるポテンシャルも変える必要がある。我々は、ＥＡＭポテンシャルと呼ばれる形の関数形でタングステンを扱える候補を探し出し、それを使ってタングステンへの水素照射を分子動力学法で計算した。その結果、炭素材とはことなり、水素分子の発生は大幅に小さくなるということが分かった。さらに、詳細に言うならば、発生する水素分子量は、シミュレーション開始時の初期タングステンに含まれる水素の含有量に大きく依存することも分かった。実際のプラズマ装置などでタングステンに含まれる水素含有量に相当する初期条件をもつ水素含有タングステンを用いた場合、ほとんど水素分子は発生しないという結果になった。現時点では、タングステンの構造はBCC結晶構造として扱っている。実際の実験状況では、そのタングステン結晶表面に、炭素やほかの金属などが再堆積されている。この再堆積層に多くの水素が含まれている場合があり、そこから、水素分子が発生することもある。このような場合の取り扱いについても今後検討を進めていく。
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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
分子動力学法を、（１）水素同位体（２）タングステンへと拡張することができた。ほぼ予定通りに進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）炭素材への水素同位体照射の分子動力学法によるシミュレーションを解析した結果、初期の炭素の構造に、発生する水素原子・分子量が依存することがわかった。今後は、炭素材の構造を変えて、その構造による依存性を調べていく。
（２）今年度はタングステンについては、軽水素照射を行った。今後は照射を、重水素・三重水素を照射した際の分子動力学法計算を行う。
（３）軽水素・重水素・三重水素の混ざった場合の分子動力学法の検討を開始する。
（４）衝突輻射モデル、中性粒子輸送コードで、まずは重水素が扱えるような改良を始める。
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| Causes of Carryover |
本年度は、コロナ感染防止のため、zoomを用いた打ち合わせや会議のため、海外・国内出張を行うことができなかった。そのため、当初予定した旅費を使わなかった。次年度は、その予算を使って、打ち合わせ・会議の出張に充てたい。
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