2010 Fiscal Year Annual Research Report

核燃焼プラズマにおけるα粒子リップル共鳴拡散の解明

Research Project

Project/Area Number	21560856
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	筒井広明東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教 (20227440)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	飯尾俊二東京工業大学, 原子炉工学研究所, 准教授 (90272723) 嶋田隆一東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (40206181)
Keywords	トロイダル磁場リップル / トカマク / α粒子 / 共鳴 / 粒子モンテカルロ / 旋回中心 / 拡散 / ポアンカレマップ
Research Abstract	リップル共鳴拡散の物理モデルを構築するとともに、旋回中心近似で計算を行った。核融合反応で生じるα粒子の拡散は主にクーロン衝突により引き起こされるが、トロイダル磁場リップルによる対称性の破れが引き起こす正準運動量の変化が拡散に影響していると予想される。実際、我々は旋回中心近似を用いた計算で、無衝突軌道が高エネルギーα粒子の拡散係数の値を決める重要な要素であることを示しているが、その理論的解明は不十分であった。そこで、まず、捕捉粒子のトロイダル方向の歳差運動と磁場リップルの共鳴現象に注目し、無衝突軌道が拡散に与える影響を定量的に与える物理モデルを構築し、従来のトカマク配位での数値計算(既存の粒子モンテカルロコード)で妥当性を評価した。計算には我々が開発した粒子軌道追跡モンテカルロコード(旋回中心近似)を用いた。その結果、共鳴により生成される位相空間内の島構造が拡散に大きく寄与していること、拡散に寄与する粒子は島のセパラトリックス内部ではなく周辺部に位置することを数値解析により示した。さらに、その拡散係数の値は泥歩理論に従い、そのステップ幅はセパラトリックスの幅、ステップ時間はセパラトリックスへの到達時間であることも数値解析により示した。また、この数値解析結果を理論的に体系づけるための物理モデルを構築し、位相空間での無衝突軌道と拡散係数の関係が定性的に説明できることを示した。また、セパラトリックス近傍での無衝突周回周期を理論的に評価し、衝突とは無関係に決まる拡散係数の上限を求めた。更に旋回中心近似を使わず有限ラーマー半径効果を含む計算コードの開発も進めた。