Study of maintaining a steady burning plasma based on autonomous formation of plasma rotation and radial electric field profiles

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25820442
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 本多 充 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, 主幹研究員(定常) (90455296)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 流体型輸送コード / トカマク / 磁気座標 / 径電場 / 準中性 / 新古典輸送 / 乱流輸送 / 両極性

Outline of Annual Research Achievements

本研究計画の中核をなす流体型輸送コードASK/TXの開発に成功し、コード内の修正を繰り返すことでより完成度が高まった。既存の拡散型輸送コードと異なり二流体方程式系に基づくTASK/TXは多くの物理現象を再現できる特徴を持つ。外部の新古典輸送コードなしに多岐に渡る新古典輸送現象を再現する事ができ、ベンチマークによってその妥当性が確認された。これらの成果は論文にまとめられ出版されるとともに、プラズマ・核融合学会年会において口頭発表した。また、高速ビーム粒子に対するモデリングを拡張することで、ビームの入射方向の違いによる粒子輸送の向きの違い、すなわち密度ピーキング・ブロードニング現象が新古典輸送によって生じることを明らかにし、実験観測結果と定性的に一致していることを確認した。
トカマクプラズマの回転を左右する自発的なトルクに、非軸対称性の磁場摂動が引き起こす新古典トロイダル粘性(NTV)と乱流に関連する残留応力があり、それらは核融合炉においてとりわけ重要となる。NTVについては電子とイオンが作るNTVの違いについて調べるとともに、ITERで挿加されるトリチウム増殖モジュール(TBM)が作るトロイダル方向に不均一な静的磁場摂動に起因するNTVや、JT-60SAにおいて外部コイルによって印加する摂動磁場が作るNTVを定量的に評価した。その結果、ITERでのTBMの挿加は回転に対して大きな影響を与えうるNTVを生んでいることが分かる一方、JT-60SAにおいては10kAのコイル電流が作る摂動磁場はNTVに大きな影響を与えないことが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Impact of ion diamagnetic drift on MHD stability at edge pedestal in JT-60U rotating plasmas (2017)
  • Author(s): N. Aiba, M. Honda, K. Kamiya
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 57 Pages: 022011(10pp)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/57/2/022011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of the fluid-type transport code on the flux coordinates in a tokamak (2016)
  • Author(s): M. Honda, A. Fukuyama
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: 208 Pages: 117,134
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2016.08.008
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Validation studies of gyrokinetic ITG and TEM turbulence simulations in JT-60U tokamak using multiple flux matching (2016)
  • Author(s): M. Nakata, M. Honda, M. Yoshida, H. Urano, M. Nunami, S. Maeyama, T.H. Watanabe, H. Sugama
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 56 Pages: 086010(11pp)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/56/8/086010
  • Peer Reviewed
• [Presentation] TASK/TXの新古典輸送特性と粒子輸送モデリング (2017)
  • Author(s): 本多充、福山淳、仲田資季
  • Organizer: 第72回日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] トカマク磁気座標系における流体型輸送コード TASK/TX の進展 (2016)
  • Author(s): 本多充、福山淳
  • Organizer: 第33回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] Predictions of Toroidal Rotation and Torque Sources Arising in Non-axisymmetric Perturbed Magnetic Fields in Tokamaks (2016)
  • Author(s): M. Honda, S. Satake, Y. Suzuki, K. Shinohara, M. Yoshida, N. Aiba, J. Shiraishi, N. Hayashi, G. Matsunaga, M. Nakata, A. Matsuyama, S. Ide
  • Organizer: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: Kyoto (Japan)
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ITG/TEM不安定プラズマにおける大域的電子・イオン熱輸送シミュレーション (2016)
  • Author(s): 本多充、仲田資季
  • Organizer: 2016年日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Physics and modeling of toroidal rotation and torque sources in JT-60U (2016)
  • Author(s): M. Honda, M. Yoshida, S. Satake, Y. Suzuki, N. Hayashi, K. Shinohara, A. Matsuyama, K. Kamiya, G. Matsunaga, S. Ide, M. Nakata
  • Organizer: 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
  • Place of Presentation: Kaohsiung (Taiwan)
  • Year and Date: 2016-06-27 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research / Invited