Exploitation of helical plasma experiments for quantitative study of fast tokamak shutdown scenario

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01070
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: Kyoto University (2023); National Institutes for Quantum Science and Technology (2021-2022)
• Principal Investigator: Matsuyama Akinobu 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90581075)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂本 隆一 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (10290917) ; 柴田 欣秀 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20633209) ; 高橋 宏幸 東北大学, 工学研究科, 講師 (30768982)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 核融合プラズマ / ITER / ディスラプション / ペレット入射 / 粉砕 / MHD / 逃走電子

Outline of Final Research Achievements

Shattered Pellet Injection (SPI) is expected to be used by the magnetically confined fusion reactor ITER to mitigate machine loads caused by major disruptions. The ablation process of cryogenic solid fragments of hydrogen and neon has been studied. The experimental observation in the Large Helical Device demonstrated the control of the cross-field transport of high-density plasmoids by adding a small amount of impurities to the cryogenic solid pellet. The developed ablation model was implemented in the disruption integrated code INDEX and applied to the analysis of tokamak experiments, elucidating the deterioration in the fueling efficiency of pure hydrogen SPI in DIII-D, and constituting the simulation database for optimizing the SPI system in ITER.

Free Research Field

核融合プラズマ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られたペレット溶発および粉砕ペレット入射に関する研究成果は、世界7極で推進中の磁場閉じ込め核融合実験炉計画に対し、ディスラプション緩和システムの最適化に資するデータベースを構築するものでITER計画の課題解決に貢献する成果として評価される。他にも本研究で開発したモデルやコードを用いたJT-60UやJT-60SA、核融合原型炉のディスラプション特性に関する研究が進展しており、本研究計画の実施によって、ITERおよびトカマク型核融合炉にとって最大の難題であるディスラプション対策に関する様々な研究成果が創出された。