2015 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 国立研究開発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 国立研究開発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 国立研究開発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２７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、数値計算プログラムの開発を継続して進めた。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法を適応し、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整備を実施した。また、プラズマの過渡応答特性について、ＪＴ－６０Ｕにおけるガスジェット入射時のイオン温度の応答について、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イオン温度におけるコールドパルスの伝搬の違いに着目してデータ解析を進めた。さらに、原型炉での燃料供給シナリオを検討するために、トカマクプラズマにおける密度限界について考察した。トカマクプラズマの密度限界はグリーンワルド密度で表される。プラズマ周辺部の温度低下が関連していることが考えられるが、不純物からの放射損失の増大、エネルギー及び粒子閉じ込め特性の劣化との関係など物理的な解釈は不十分である。今後、局所的なパラメータの相関を調べる必要がある。一方で、プラズマ中心部の密度についてはグリーンワルド密度に制限されておらず、ピークした密度分布が得られる場合は原型炉設計でグリーンワルド密度を超えたパラメータ設定をすることも可能である。粒子供給がないもしくは少ない高周波加熱や負イオン源中性粒子入射加熱装置を用いたＪＴ－６０Ｕの実験結果から、粒子供給分布の密度分布への影響は小さいことを明らかにし、中心領域への粒子供給が困難な原型炉においてもピークした密度分布が得られることを示した。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必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been 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、大気中や真空中でのガスジェットの計算を系統的に実施するとともに、プラズマとの相互作用を計算するロジックへ拡張する計画であったが、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、プラズマの応答特性に関しては、熱伝導係数の「変化」を定量的に評価する計画であったが、現時点では定性的な解析に留まっており、トロイダル回転との相関についても十分に解析できていない。研究代表者の平成２７年度業務に関して、核融合研究開発の日本原子力研究開発機構から量子科学技術研究開発機構への移管統合に係る調整に当初想定していたより多くの時間を要したため、十分な進捗を得ることができなかった。
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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とともに、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パルスの伝搬について整理し、熱伝導係数の「変化」がどの程度かを定量的に評価する。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おり、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。これらの成果を基に、ペレット入射実験結果との比較を行い、核融合炉での自律性の強い燃焼プラズマの制御にとって最適化された燃料供給の概念を構築する。
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| Causes of Carryover |
研究代表者の平成２７年度業務に関して、核融合研究開発の日本原子力研究開発機構から量子科学技術研究開発機構への移管統合に係る調整に当初想定していたより多くの時間を要したため、十分な進捗を得ることができなかった。そのため、研究成果発表や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２８年度において、モデリングの開発やＪＴ－６０Ｕ実験結果の解析を進め、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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Research Products
(3 results)
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[Presentation] プラズマの密度限界2016
Author(s)
竹永秀信
Organizer
第３回運転制御に関するシンポジウム
Place of Presentation
核融合科学研究所（岐阜県、土岐市）
Year and Date
2016-02-18 – 2016-02-19
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