2014 Fiscal Year Research-status Report
核融合プラズマの自律系における粒子供給による制御性に関する研究
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26420863
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
竹永 秀信 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門 企画調整室, 研究員 (60354601)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 麻衣子 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門 那珂核融合研究所, 研究員 (20391261)
坂本 宜照 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門 六ヶ所核融合研究所, 研究員 (30354583)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 核融合 / 炉心プラズマ / 燃料供給 / ガスジェット / ＣＩＰ法 / 粒子バランス / 燃料供給シナリオ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、核融合炉心プラズマへの粒子供給特性とそれに対する炉心プラズマの応答特性を解明し、核融合炉での燃料供給の最適化に資することを目的としている。平成２６年度は、炉心プラズマへの粒子供給法の一つであるガスジェット入射のモデリングを行うため、密度等のパラメータが急激に変化する系において安定的に数値解析ができるＣＩＰ法の適応に必要な環境を整備し、大気中や真空中での流体方程式を解く計算プログラムの開発を進めた。また、従来の有限要素法を用いた流体計算でのモデリングについて、境界条件の設定の仕方や計算パラメータの設定等に関する意見交換を行った。プラズマの過渡応答特性の解明に関しては、ＪＴ－６０Ｕにおけるガスジェット入射時のイオン温度及びトロイダル回転の応答についてデータ解析を行った。入射条件が異なる場合やプラズマに形成された内部輸送障壁の強さが異なる場合のデータを調べた。イオン温度におけるコールドパルスの伝搬に違いが観測されており、今後系統的に解析を進める。さらに、原型炉での燃料供給シナリオを検討するために、ＳｌｉｍＣＳ設計パラメータ（２．９５ＧＷ出力）での熱・粒子バランスについて考察した。トリチウムは少ない供給量で高い密度を維持するために主プラズマへ供給し、重水素は高密度とダイバータでの高リサイクリングを維持するために主プラズマ及び周辺プラズマへ供給することを想定する。主プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を２秒、周辺プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を２ミリ秒、ダイバータでの排気効率を３％と仮定した場合の粒子バランスでは、重水素の総供給率はトリチウムの供給率より１桁以上大きくなることを定量的に示した。同成果を研究会で報告し、専門家との意見交換を行った。今後、原型炉での燃料循環システム全体を俯瞰した燃料供給シナリオの最適化を検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、ＣＩＰ法を用いたガスジェット入射のモデリングについて、開発に必要な環境を整備し、大気中や真空中でのガスジェットの計算プログラムを開発するとしていたが、流体方程式を解くプログラムの開発を進めたものの、ガスジェットの計算ができるところまで進展していない。また、ＪＴ－６０Ｕのデータ解析についても系統的にデータを整理するところまで達していない。
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| Strategy for Future Research Activity |
遅れているガスジェットの計算プログラムの開発を加速して進め、大気中や真空中でのガスジェットの入射速度や拡がり等を系統的に計算する。その後、ガスジェットにプラズマからの入熱があった場合の振る舞いを計算できるようにプログラムの改良を行い、実験結果の再現を試みる。プログラムの開発に当たっては、国内の関連分野の専門家とも打ち合わせを実施し、助言を得ながら進める。プラズマ過渡応答特性に関しては、ＪＴ－６０Ｕの実験データを基にガスジェット入射時のコールドバルスの伝搬について整理し、熱伝導係数の「変化」がどの程度かを明らかにする。また、イオン温度とともに、プラズマのトロイダル回転もガスジェット入射時に変化していることが観測されている。トロイダル回転は、プラズマの輸送特性に影響を与えるパラメータとして、その駆動機構は近年着目され多くの研究成果がでている領域である。イオン温度とトロイダル回転の時間変化に着目し、両者の関連性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
ＣＩＰ法を用いたガスジェット入射のモデリングについて、当初計画通りに進展しなかったことから、研究打ち合わせのための旅費等が使用できなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２７年度において、モデリングの開発を進め、打ち合わせや成果報告のための旅費として使用する。
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[Presentation] Response of ion and electron temperatures, electron density and toroidal rotation to electron cyclotron heating in JT-60U2014
Author(s)
M. Yoshida, M. Honda, M. Nakata, E. Narita, H. Urano, T. Kobayashi, N. Miyato, N. Hayashi, H. Takenaga, S. Ide and Y. Kamada
Organizer
25th IAEA Fusion Energy Conference
Place of Presentation
St. Petersburg, Russian Federation
Year and Date
2014-10-13 – 2014-10-18
