2016 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 | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
竹永 秀信 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 核融合エネルギー研究開発部門, 室長代理(定常) (60354601)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 麻衣子 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) (20391261)
坂本 宜照 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, グループリーダー(定常) (30354583)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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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２８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継続した。また、原型炉での燃料供給シナリオを検討するために、トカマク装置における粒子制御研究に関する課題を明確にした。原型炉において高密度化は重要な要素であり、乱流輸送モデルに基づき密度分布を予測するとともに、運転領域を明らかにするためにもグリーンワルド密度限界の物理について解明する必要があり、周辺領域を含んだシミュレーション研究が重要である。高密度領域での高閉じ込め性能の維持は依然として課題であり、粒子供給シナリオの最適化やコアプラズマでの閉じ込め改善等によるＪＴ－６０ＳＡでの実証が重要であることを指摘した。ダイバータでの熱負荷低減のための不純物による放射冷却シナリオとコアプラズマでの不純物蓄積に関して、密度がピーキングした場合は蓄積しやすいものの、実験で観測された蓄積度程度であれば、影響は大きくないことを示した。これまでＪＴ－６０において高密度・高閉じ込め・高放射損失が実現されているのは負磁気シアプラズマであるが、現状では制御性の問題から原型炉での採用は困難であり、採用するためには、制御性の実証が必要であることを指摘した。さらに、燃焼制御のためには、制御シミュレータの開発、必須の計測データの同定、粒子供給に関する必須のアクチュエータの同定が必要であるとともに、トリチウム循環量、粒子の外部循環量と内部循環量の最適化が重要である。
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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し、プラズマ中の挙動を解明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２８年度業務に関して、平成２８年４月1日に国立研究開発法人日本原子力研究開発機構において実施していた核融合研究開発の業務が国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構に移管されたことに伴い、移管前後の様々な調整業務に役職として時間を割く必要があったことから多忙を極め、当初計画に比べ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、実験結果との比較によりプラズマ中の挙動解明を試みる。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シナリオの概念を構築する。
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| Causes of Carryover |
研究代表者の平成２８年度業務に関して、平成２８年４月1日に国立研究開発法人日本原子力研究開発機構において実施していた核融合研究開発の業務が国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構に移管されたことに伴い、移管前後の様々な調整業務に役職として時間を割く必要があったことから多忙を極め、当初計画に比べ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２９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るために必要な物品及び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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[Journal Article] Magnetic shear effects on plasma transport and turbulence at high electron to ion temperature ratio in DIII-D and JT-60U plasmas2017
Author(s)
M. Yoshida, G. R. McKee, M. Murakami, B. A. Grierson, M. Nakata, E. M. Davis, A. Marinoni, M. Ono, T. L. Rhodes, C. Sung, L. Schmitz, C. C. Petty, J. R. Ferron, F. Turco, A. M. Garofalo, C. T. Holcomb, C. M. Collins, W. M. Solomon
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 57
Pages: 056027
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Physics Approach to Forecasting DEMO Plasma2016
Author(s)
Y. Sakamoto, K. Tobita, N. Asakura, R. Hiwatari, Y. Someya, H. Utoh, S. Tokunaga, Y. Homma, N. Hayashi, S. Ide, Joint special design team for DEMO
Organizer
4th IAEA DEMO Programme Workshop
Place of Presentation
Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
Year and Date
2016-11-15 – 2016-11-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] Magnetic shear effects on plasma transport and turbulence at high electron to ion temperature ratio in DIII-D and JT-60U plasmas2016
Author(s)
M. Yoshida, G. R. McKee, M. Murakami, C. M. Collins, E. M. Davis, J. R. Ferron, A. M. Garofalo, B. A. Grierson, C. T. Holcomb, A. Marinoni, M. Nakata, M. Ono, C. C. Petty, T. L. Rhodes, L. Schmitz, W. M. Solomon, C. Sung, F. Turco
Organizer
26th IAEA Fusion Energy Conference
Place of Presentation
京都府京都市 国立京都国際会館
Year and Date
2016-10-17 – 2016-10-22
Int'l Joint Research
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[Presentation] Progress of DEMO physics design study in Japan2016
Author(s)
Y. Sakamoto, H. Utoh, H. Takase, K. Hoshino, N. Asakura, T. Wakatsuki, S. Tokunaga, Y. Homma, N. Aiba, A. Matsuyama, N. Hayashi, S. Ide, K. Tobita and Joint Special Design Team for Fusion DEMO
Organizer
29th Symposium on Fusion Technology
Place of Presentation
the Prague Congress Centre, Prague, Czech Republic
Year and Date
2016-09-05 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
