Quantitative analysis of impurity effects on turbulent transport in magnetically-confined high-temperature plasmas

• Project/Area Number: 23KK0054
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 田村 直樹 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (80390631)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西澤 敬之 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (00955007) ; 小林 達哉 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (30733703) ; 徳沢 季彦 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (90311208)
• Project Period (FY): 2023-09-08 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥21,060,000 (Direct Cost: ¥16,200,000、Indirect Cost: ¥4,860,000); Fiscal Year 2027: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2026: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2025: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: TESPEL / 不純物ガスパフ / 乱流輸送 / 不純物効果

Outline of Research at the Start

高温プラズマで観測されている不純物導入によるプラズマ閉じ込め改善は乱流輸送が低減したためと考えられているが、その低減における不純物自体の役割に関しては理論等でその効果が指摘されつつも実験的には不明のままである。核融合炉実現には不純物量の最適化が必須であるため、不純物が乱流輸送に与える影響の定量的解明が喫緊の課題である。
本研究では、導入できる不純物の種類、量及び位置の精密な制御が世界で唯一可能なTESPELを乱流輸送が支配的なプラズマが生成できるドイツの環状磁場閉じ込め高温プラズマ実験装置W7-Xに適用し、磁場閉じ込め高温プラズマ中の乱流輸送に及ぼす不純物の影響を定量的に解明することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、導入できる不純物の種類、量及び位置の精密な制御が世界で唯一可能なTESPELを乱流輸送が支配的なプラズマが生成できるドイツの環状磁場閉じ込め高温プラズマ実験装置Wendelstein 7-X(W7-X)に適用し、磁場閉じ込め高温プラズマ中の乱流輸送に及ぼす不純物の影響を定量的に解明することを目指している。
W7-Xにおける次回プラズマ科学実験は、2024年9月頃から実施予定であり、そのための実験提案の募集が2024年2月に行われた。これに合わせる形でW7-Xを運用しているマックスプランク・プラズマ物理研究所を2024年1月から2月に訪問し、入念な打合せを実施した後、本研究課題に関する実験提案を行った。また、実験で使用する計測機器の準備についても打合せを行い、実験実施までの工程を確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2023年度は予定どおり、本研究課題のために実施予定の実験準備のために、日本側研究者の内、研究代表者を含む2名が先方を訪問した。

Strategy for Future Research Activity

Wendelstein 7-Xにおける次回プラズマ科学実験は、元々2024年2月頃からの予定であったが、2024年9月頃からに延期となった。いずれにせよ、2024年度から、現地で実験を実施するなど、本格的に本研究課題を進める予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マックスプランク・プラズマ物理研究所(ドイツ)