2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on controllability of fusion plasma by fueling in self-regulating system
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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, 上席研究員(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 / コールドパルス / トロイダル回転速度 |
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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２９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を開発した。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、３次元流体方程式を解く計算プログラムを整備した。同プラグラムにより低温・高密度の物体を系に入射した時の物体の拡散の様子を詳細に捉えることができ、ガスジェットがプラズマの中で広がっていく様子を再現することに成功した。また、プラズマの応答特性を解明するために、JT-60Uの内部輸送障壁を有する弱磁気シアプラズマにガスジェットを入射した時のイオン温度のコールドパルス解析を行った。初期的解析では、平衡状態の熱伝導係数を用いて過渡応答特性が大まかには説明できることを示していたが、より詳細に温度の変化を再現できるように、平衡状態からの熱伝導係数の「変化」を明らかにした。その結果、内部輸送障壁の内側（規格化小半径０．４より内側）では係数の２０％程度増加させ、外側の周辺領域（規格化小半径０．６より外側）では５％程度低下させた場合に実験結果をよく再現することが分った。さらに、ガスジェット入射時には、輸送特性に影響を及ぼすと考えられるトロイダル回転速度にも変化が観測されており、イオン温度とトロイダル回転速度の非平衡状態から平衡状態への回帰特性を解析した。内部輸送障壁内側でのトロイダル回転速度の変化は小さいこと、変化が見られた内部輸送障壁境界部から外側ではトロイダル回転の方が速く平衡状態へ回帰していることを明らかにした。これらの結果は、プラズマへの粒子供給の最適化に資するものであり、プラズマ輸送特性決定の物理機構解明にも貢献するものである。
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