革新的ピストンを用いた2段ガス加速方式による固体水素ペレット入射の高速度化研究

• 研究課題/領域番号: 15K18307
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 本島 厳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00509507)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 燃料供給 / 固体水素ペレット / 高速化 / アイスピストン / ２段加速 / ２段ガス加速 / 2段ガス加速

研究成果の概要

本研究では、核融合燃料供給法の一つである固体水素ペレット入射法において、「アイスピストン」を用いたこれまでにない2段ガス加速方式を提案し、実験的に検証するものである。これまでの金属製のピストンの代わりとなるものとして、あらかじめ大型サイズのペレット「アイスピストン」を生成しておき、それを射出して高圧圧縮ガスを作り出し、２段ガス加速方式として活用した。アイスピストンを駆動するための大流量の高速射出弁を製作したのち、低温冷凍装置をチャンバに組み込み、アイスピストンの生成とその射出による圧縮性を調べた。その結果、アイスピストンを使って、200 kPaのガスを30 MPa以上まで圧縮することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で行ったアイスピストンを用いた加速方式は、原理的に、「高速」かつ「繰り返し」で、物体を加速することが可能な方式である。よって、核融合燃料供給として本成果を活かすことが可能であるのはもちろんのこと、核融合燃料供給の研究だけにとどまらず、スペースデブリ実験など、物体を加速させることが必要な実験にも応用できるものである。

研究成果

• [雑誌論文] High-density experiments with hydrogen ice pellet injection and analysis of pellet penetration depth in Heliotron J (2019)
  • 著者名/発表者名: Gen Motojima, Hiroyuki Okada, Hisashi Okazaki, S Kobayashi, Kazunobu Nagasaki, Ryuichi Sakamoto, Hiroshi Yamada, Shinichiro Kado, Shinsuke Ohshima, T Minami, Naoki Kenmochi, Yoshiaki Ohtani, Yuuki Nozaki, Yuma Yonemura, Yuji Nakamura, Shigeru Konoshima, Satoshi Yamamoto, Tohru Mizuuchi and Kiyomasa Watanabe
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 075014-075014
  • DOI: 10.1088/1361-6587/ab1d40
  • 査読あり
• [雑誌論文] 中型プラズマ実験装置用ペレット入射のためのテーパ構造を有する射出バレル (2016)
  • 著者名/発表者名: G. Motojima R. Sakamoto H. Okada, K. Nagasaki, H. Yamada, Y. Nakamura, S. Kado, S. Kobayashi, S. Konoshima, T. Minami, S. Ohshima, S. Yamamoto, T. Mizuuchi, and T. Mutoh,
  • 雑誌名: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 巻: 87 号: 10 ページ: 103503-103503
  • DOI: 10.1063/1.4964476
  • 査読あり
• [学会発表] High-density experiments with pellet injection and analysis of pellet penetration depth in Heliotron J (2019)
  • 著者名/発表者名: G. Motojima, H. Okada, H. Okazaki, S. Kobayashi, K. Nagasaki, N. Panadero, R. Sakamoto, H. Yamada, S. Kado, S. Ohshima, T. Minami, N. Kenmochi, Y. Ohtani, Y. Nakamura, S. Konoshima, S. Yamamoto, T. Mizuuchi and K.Y. Watanabe
  • 学会等名: 19th Coordinated Working Group Meeting
• [学会発表] Pellet injection to high density plasmas on Heliotron J (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Motojima, H. Okada, H. Okazaki, S. Kobayashi, N. Kenmochi, S. Ohshima, S. Kado, R. Sakamoto, K. Nagasaki, H. Yamada, T. Minami, Y. Nakamura, S. Konoshima, S. Yamamoto and T. Mizuuchi
  • 学会等名: 18th Coordinated Working Group Meeting