Development of a recycling model for plasma-facing materials to elucidate neutral particle transport in detached plasmas

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03800
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: Nakamura Hiroaki 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (30311210)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: プラズマ壁相互作用 / 分子動力学法 / 水素リサイクリング / 衝突輻射モデル / 中性原子分子 / 炭素 / タングステン / 振動回転状態

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to elucidate neutral particle transport in detached plasmas and propose a method for detached plasmas stabilization through molecular dynamics simulations of hydrogen recycling. (1) By combining the following three codes, we obtained the population of molecular hydrogen for each rovibrational level at an arbitrary point. (i) a neutral transport code including a collisional radiation model, (ii) a plasma EMC3-EIRENE code, and (iii) a molecular dynamics method. (2) The numbers of atoms and molecules generated when carbon is irradiated with hydrogen isotopes was determined by molecular dynamics. (3) Tungsten was irradiated with hydrogen and the amount of hydrogen atoms and molecular hydrogen generated was obtained.

Free Research Field

プラズマ壁相互作用

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来は、中性粒子コードとプラズマコードをつなぐ試みはあった。本研究では、従来の２つコードに加え、壁の影響を計算できる分子動力学法を連携することで、壁から中性粒子そして周辺のプラズマを、「抜け」なしで扱えるように始めて行うことができた。この3つの連携コードを使うことで、実際に、炭素、そして、タングステンを取り上げ、水素原子分子の発生量・分子の振動回転状態の密度を計算のみで初めて求められることを実証できた。