2022 Fiscal Year Annual Research Report
先進炉での非誘導・炉心プラズマ立ち上げに向けた共鳴速度空間制御加熱とその機構解明
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21H01067
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
出射 浩 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70260049)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 球状トカマク / 非誘導プラズマ立ち上げ / 電子サイクロトロン加熱電流駆動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、電子サイクロトロン加熱（ECH) の斜め入射にて、効率良く高速電子加速し、高プラズマ電流（~80kA)の立ち上げを達成するとともに、準垂直入射にてプラズマ電流が低いものの、第2高調波共鳴層付近での有効なバルク電子加熱（~500eV)を達成している。準垂直入射の際も斜め入射時と同じ垂直磁場を印加しており、低電流のためプラズマは内側に押され小さくなる。令和4年度、準垂直入射に垂直磁場を弱め、~100eVの比較的大きなプラズマを得た。一方、強い垂直磁場のもと、第2高調波共鳴層付近でこれまでよりさらに高い 1keV を超える高電子温度を達成した。この際、中心ソレノイドコイルによる誘導逆電場を用いた。誘導逆電場のもと、ECH で順方向プラズマ電流を立ち上げることで、高速電子生成 ・プラズマ電流上昇を抑制し、有効なバルク電子加熱が行えることを明らかにした。さならる逆電場制御の最適化が期待される。ECH による電流立ち上げに関し、国際ワークショップにて２件、口頭発表した。
位相配列アンテナを用いた電子サイクロトロン輻射(ECE)観測システムを用いたアダプティブアレイ解析にて、高速電子由来の ECE 到来角を推定し、プラズマ電流を荷なう順方向、反対の逆方向の高速電子の発展を捉える。これまでの到来角推定ではビームフォーミング法を考えてきたが、より高空間分解能推定が行える Capon 法の導入を進め、その有効性について国内外会議で成果発表し、併せて論文１編を公表した。真空容器内に設置した模擬（熱雑音）源を用い、ECE観測システムの動作試験を行う中、多素子チャンネル間のクロストークが見つかった。クロストーク除去の過程でミキサー、アイソレータが必要となり、整備した。さらに追加した中間周波数アンプ内の配線でよりシールドの良いケーブルに変更し、クロストークを完全に除去した。
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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
電子サイクロトロン加熱によるプラズマ電流の立ち上げで、1 keV までのバルク電子加熱を実現した。これは、当初計画されていたビーム入射角制御による共鳴電子の位相空間制御に加え、新たな誘導逆電場を用いた制御法で達成されており、当初の計画を超えて進展している。一方、当初、緩和過程を捉えるアノード電源の電圧変調による入射電力変調が予定されていたが、大掛かりな高圧電源部の変更が必要で、実施されていない。電子サイクロトロン輻射計測では、高空間分解能を有する新解析法の実装・実証、システム整備における問題点の克服など、順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初、緩和過程を捉えるアノード電源の電圧変調実験計画を変更し、ビーム入射角制御による共鳴電子の位相空間制御に加え、逆電場制御の最適化を推進することとする。令和5年度、逆電場制御の最適化実験を遂行するため、新たな研究協力者を追加した。
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