Transport code development of peropheral plasma and neutrals for dettached fusion plasma modeling

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03802
• 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: Kawamura Gakushi 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (70509520)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 宏彦 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60609981) ; 大島 慎介 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (00469610) ; 澤田 圭司 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40262688)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 非接触プラズマ / 中性粒子 / 輸送 / 不純物 / モデリング / ダイバータ / 磁場閉じ込め核融合

Outline of Final Research Achievements

We have developed a numerical model of detached plasma where hydrogen ions capture electrons and become neutral atoms. The detached plasma with the recombination process is important in a magnetically confined fusion device. We introduced the EMC3-EIRENE code capable of solving recombination processes and succeeded qualitative reproduction of the plasma in NAGDIS-II device at Nagoya Univ with a similar gas condition as experiments. Stable deuterium discharges were realized by technical development of gas and power controls, and direct comparisons between calculation and experiment became possible. Also, we studied the influence of magnetic field structure on plasma and impurity transport in Heliotron J at Kyoto Univ.

Free Research Field

核融合周辺プラズマ輸送

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

プラズマと中性水素原子分子の相互作用は多くの反応過程を持ち、さらに電子温度への鋭敏な依存性から反応レートが大きく変わる。信州大学では分子の回転励起状態を区別した数値モデルの開発およびそれを使った中性粒子輸送研究に大きな進展があった。このように、非接触プラズマは多様な状態を持つシステムであり、核融合炉を考えるうえで重要な課題である。さらに、中性粒子がプラズマのエネルギー・運動量損失を引き起こし、それが中性粒子の状態を変えるため、多様な状態を生み出す。それを数値的に予測する、実験的に検証することは、平衡状態の物理的理解や新しい要素の発見など、基礎的な研究へも波及する可能性を持っている。