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トロイダル核融合プラズマにおける信頼性あるプラズマ着火の物理過程に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J03037
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 核融合学
研究機関京都大学

研究代表者

羽田 和慶  京都大学, エネルギー科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードプラズマ着火 / ヘリオトロンJ / 中性粒子入射(NBI) / シードプラズマ / 0次元モデル / 中性粒子入射(NBI)
研究実績の概要

近年、ヘリカル型プラズマ実験装置において、運転領域の拡大を目指し中性粒子入射(NBI)加熱を用いたプラズマ着火が注目を集めている。京都大学のヘリカル装置ヘリオトロンJでは、従来の70GHz第2次高調波X-mode ECRHを用いた場合はトロイダル磁場が1.25Tに制限されてしまう。しかし、NBI加熱を用いたプラズマ着火では、0.63-1.25Tまでの運転領域の拡大が確認されている。ヘリオトロンJでは、NBIのプラズマとの接続長が短いため、あらかじめ2.45GHzマイクロ波によりシードプラズマを生成し、そこにNBを入射しプラズマ着火を行う。本研究では、ヘリカル装置においてNBI加熱による信頼性あるプラズマ着火の条件・物理過程を求めることを目的としている。
第2年度目の研究では、昨年度行えなかった、NBIパワーに対するプラズマ着火の依存性を調べるためプラズマ着火実験を行った。NBIパワーをおよそ400 kWから100 kW程度まで減少させたところ、NBIパワーがおよそ200 kWでプラズマが着火しなくなり、NBIパワーにしきい値が観測された。
本年度は、解析対象の粒子を原子から分子に拡張し、中性粒子遮蔽を取り入れた。数値解析結果と実験との比較を行った。実験より得られたプラズマの電子密度、蓄積エネルギー及びOVの発光強度の時間発展を再現するように粒子及びエネルギー閉じ込め時間を設定した。このパラメータを用いて、プラズマ着火のNBIパワーに対する依存性などの実験結果を数値解析により再現した。本モデルにより、NBIプラズマ着火には、(1)高速水素イオンの生成、(2)高速水素イオンによる電子の加熱、(3)電子による追加のガスパフの電離・解離の3要素が重要で、これらの正のフィードバックがプラズマ着火の支配的な物理機構であることが判明した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] One-Dimensional Analysis of ECRH-Assisted Plasma Start-Up in JT-60SA2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Hada, Kazunobu Nagasaki, Kai Masuda, Shinji Kobayashi, Shunsuke Ide, Akihiko Isayama, Ken Kajiwara
    • 雑誌名

      Fusion Science and Technology

      巻: 67 号: 4 ページ: 693-704

    • DOI

      10.13182/fst14-811

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Model Analysis on NBI Plasma Start-Up in Heliotron J2016

    • 著者名/発表者名
      羽田和慶
    • 学会等名
      Coordinated Working Group Meeting (CWGM)
    • 発表場所
      京都大学(テレビ会議)
    • 年月日
      2016-03-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Model Analysis of NBI Plasma Start-Up with assistance of 2.45 GHz Microwaves in Heliotron J2015

    • 著者名/発表者名
      羽田和慶
    • 学会等名
      第32回プラズマ・核融合学会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2015-11-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Model Analysis of Plasma Start-Up by NBI with assistance of 2.45 GHz Microwaves in Heliotron J2015

    • 著者名/発表者名
      羽田和慶
    • 学会等名
      20th International Stellarator-Heliotron Workshop
    • 発表場所
      Greifswald
    • 年月日
      2015-10-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヘリオトロンJにおける2.45 GHzマイクロ波を用いたNBIプラズマ着火に関するモデル解析2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Hada
    • 学会等名
      日本物理学会 第70回年会
    • 発表場所
      早稲田大学、東京
    • 年月日
      2015-03-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 0-D Simulation of NBI Plasma Start-Up with assistance of 2.45 GHz Microwaves in Heliotron J2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Hada
    • 学会等名
      Korea-Japan Workshop
    • 発表場所
      大田市、韓国
    • 年月日
      2015-02-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 1-D Analysis of Plasma Start-Up By Neutral Beam Injection using 2.45 GHz Microwaves in Heliotron J2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Hada
    • 学会等名
      Plasma 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟
    • 年月日
      2014-11-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Study on Plasma Start-up Assisted by口ECH in Superconducting Tokamaks2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Hada
    • 学会等名
      US-Japan Workshop on RF Heating Physics
    • 発表場所
      楽友会館, 京都大学
    • 年月日
      2014-09-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 1-D Analysis of ECRH Assisted Plasma Start-up in JT-60SA2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Hada
    • 学会等名
      3rd Research Coordination Meeting (RCM-3)
    • 発表場所
      日本原子力研究開発機構、茨城
    • 年月日
      2014-05-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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