Study on fast-ion transport by turbulent field

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25420896
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 鈴木 隆博 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (60354594)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若月 琢馬 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 研究員(任常) (40734124)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: プラズマ・核融合 / トカマク / 高速イオン / 乱流輸送 / 電流駆動 / 中制粒子ビーム / 国際情報交換 / アメリカ：ドイツ

Outline of Annual Research Achievements

高速イオンの乱流輸送はプラズマ周辺部で顕著になると理論的に予想され、2つのモデルが提唱されている。静電乱流輸送モデルはビームエネルギーEbで規格化した電子温度Te/Ebが高いほど、電磁乱流輸送モデルは規格化圧力βtが大きいほど、高速イオンの輸送が大きくなると予想する。いずれのモデルがトカマクプラズマで支配的かを明らかにすることが本研究課題の主要な目的である。高速イオンを生成する中性粒子ビーム(NB)をプラズマ周辺部に入射でき、高性能な計測器を有する米国DIII-D装置において実験データを調査し、H27年度までに主要プラズマパラメータのデータベースを作成した。
H28年度は、上記データベース中でTe/Ebとβtを独立に変化させた実験を詳細に解析した。解析にはプラズマ内部の電流分布を計測する電流分布計測器を主に使用し、磁場の時間変化により生ずる誘導電流とプラズマ圧力勾配により生ずる自発電流を他の計測も使用して評価し、全プラズマ電流から差し引くことで実験におけるNB駆動電流を評価した。一方、NB電流駆動計算コードと輸送解析コードを用いて、高速イオンの乱流輸送が無い場合の理論的なNB駆動電流を評価した。高速イオンが担うNB駆動電流の実験値を理論値と比較することで乱流による高速イオンの輸送を調べた。
電子密度、電子温度、イオン温度、不純物密度等の空間分布を計測データ間の一貫性も考慮して詳細に解析することで、誘導電流や自発電流に含まれる誤差を最小化した。実験ではTeとβtを0.014<Te/Eb<0.023、0.48<βt<0.88の範囲で独立に変化させていたが、いずれのパラメータに対しても計測誤差を超えるNB駆動電流の減少は観測されなかった。この結果から、解析した実験データの範囲では有意な高速イオンの乱流輸送が観測されないこと、支配モデルを同定できないことを明らかにした。