ヘリカル原型炉のダイバータプラズマ予測を目指した周辺プラズマ輸送モデル開発

• 研究課題/領域番号: 16K18340
• 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: 河村 学思 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70509520)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 磁場閉じ込め核融合 / 周辺プラズマ / 輸送モデリング / 中性粒子 / 不純物 / LHD / プラズマ壁相互作用 / FFHR / 核融合 / プラズマ輸送 / モデリング

研究成果の概要

核融合原型炉設計のために必要とされる周辺プラズマモデル構築のため、主に大型ヘリカル装置(LHD)を対象に、周辺プラズマ分布や不純物の分布および放射パワーの予測精度向上を実現させた。そして、LHDをスケールアップした原型炉相当のサイズの装置において、中性粒子とプラズマの相互作用に起因して、LHDとは大きく異なった径方向密度分布となりうることを明らかにし、ガス排気等による粒子制御の重要性が示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

持続可能なエネルギー源として期待される核融合発電炉を設計するにあたって必要となる、磁場閉じ込めプラズマの予測精度向上に資する研究である。工学的な制約が厳しいと言われているダイバータを対象に、現在の実験装置の計測を複数使って、定量性のあるプラズマの推定手法を開発した。本研究が、複数の形式の異なる装置に対するプラズマ予測研究へとつながった点、発電炉規模の装置と現在の実験装置との間にどのような違いがあるかを考察可能にした点も重要である。

研究成果

• [国際共同研究] Max-Planck IPP(ドイツ)
• [国際共同研究] University of WisconsinMadison(米国)
• [国際共同研究] Max-Planck-Institute for Plasma Physics/Forschungszentrum Juelich(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Wisconsin Madison(米国)
• [国際共同研究] Dalian University of Technology(中国)
• [国際共同研究] Max-Planck-Institute for Plasma Physics/Forschungszentrum Juelich(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Wisconsin-Madison(米国)
• [国際共同研究] 大連理工大学(中国)
• [国際共同研究] マックスプランクプラズマ物理研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] 大連理工大学/中国科学院プラズマ物理研究所(中国)
• [雑誌論文] First EMC3-EIRENE modelling of JT-60SA edge plasmas with/without resonant magnetic perturbation field (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H.、Kawamura G.、Hoshino K.、Kobayashi M.、Matsunaga G.、Suzuki Y.、Lunt T.、Feng Y.、Ohno N.
  • 雑誌名: Contributions to Plasma Physics 巻: - 号: 5-6 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1002/ctpp.201900114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First Application of 3D Peripheral Plasma Transport Code EMC3-EIRENE to Heliotron J (2019)
  • 著者名/発表者名: MATOIKE Ryota、KAWAMURA Gakushi、OHSHIMA Shinsuke、KOBAYASHI Masahiro、SUZUKI Yasuhiro、NAGASAKI Kazunobu、MASUZAKI Suguru、KOBAYASHI Shinji、YAMAMOTO Satoshi、KADO Shinichiro、MINAMI Takashi、OKADA Hiroyuki、KONOSHIMA Shigeru、MIZUUCHI Toru、TANAKA Hirohiko、MATSUURA Hiroto、FENG Yuhe、FRERICHS Heinke
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 3403127-3403127
  • DOI: 10.1585/pfr.14.3403127
  • NAID: 130007730088
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-09-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First application of 3D peripheral plasma transport code EMC3-EIRENE to Heliotron J (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Matoike, G. Kawamura, S. Ohshima, M. Kobayashi, Y. Suzuki, K. Nagasaki, S. Masuzaki, S. Kobayashi, S. Yamamoto, S. Kado, T. Minami, H. Okada, S. Konoshima, T. Mizuuchi, H. Tanaka, H. Matsuura, Y. Feng, H. Frerichs
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 印刷中
  • NAID: 130007730088
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Application of EMC3-EIRENE to Estimation of Influence of a Liquid Metal Limiter on an LHD-Type Fusion Plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawamura G., Miyazawa J., Goto T., Shoji M., Masuzaki S., Suzuki Y., Feng Y.
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 3403034-3403034
  • DOI: 10.1585/pfr.13.3403034
  • NAID: 130007396422
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-04-24
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional impurity transport modeling of neon-seeded and nitrogen-seeded LHD plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Kawamura, H. Tanaka, K. Mukai, B. Peterson, S.Y. Dai, S. Masuzaki, M. Kobayashi, Y. Suzuki, Y. Feng
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 60 号: 8 ページ: 084005-084005
  • DOI: 10.1088/1361-6587/aac9ea
  • NAID: 120007167593
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Toroidally symmetric/asymmetric effect on the divertor flux due to neon/nitrogen seeding in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H., Kawamura G., Masuzaki S., Kobayashi M., Akiyama T., Peterson B.J., Mukai K., Sano R., Dai S.Y., Sakamoto R., Morisaki T., Ohno N.
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 12 ページ: 241-246
  • DOI: 10.1016/j.nme.2016.12.020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Particle-In-Cell approach to particle flux shaping with a surface mask (2017)
  • 著者名/発表者名: G. Kawamura, N. Ohno, S. Takamura and Y. Tomita
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 印刷中 ページ: 297-301
  • DOI: 10.1016/j.nme.2016.12.017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Reconstruction of Radiation Profile of Neon-Seeded LHD Plasma from Bolometer Measurements with the Aid of EMC3-EIRENE (2019)
  • 著者名/発表者名: G. Kawamura, K. Mukai, B. Peterson, T. Oishi, Y. Feng
  • 学会等名: 28th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstruction of Radiation Profile of Neon-Seeded LHD Plasma from Bolometer Measurements with the Aid of EMC3-EIRENE (2019)
  • 著者名/発表者名: G. Kawamura, K. Mukai, B. Peterson, T. Oishi, Y. Feng
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会 第36回年会
• [学会発表] EMC3-EIRENE Modeling of the peripheral plasmas with various magnetic configurations in Heliotron J (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryota MATOIKE, Gakushi KAWAMURA, Shinsuke OHSHIMA, Yasuhiro SUZUKI, Masahiro KOBAYASHI, Suguru MASUZAKI, Shinji KOBAYASHI, Shinichiro KADO, Takashi MINAMI, Hiroyuki OKADA, Toru MIZUUCHI, Shigeru KONOSHIMA, Hirohiko TANAKA, Hiroto MATSUURA, Kiyofumi MUKAI, Yuhe, FENG, Heinke FRERICHS, Kazunobu NAGASAKI
  • 学会等名: 17th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
  • 国際学会
• [学会発表] EMC3-EIRENE Modeling of the Peripheral Plasmas with Various Magnetic Configurations in Heliotron J (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryota MATOIKE, Gakushi KAWAMURA, Shinsuke OHSHIMA, Yasuhiro SUZUKI, Masahiro KOBAYASHI, Suguru MASUZAKI, Shinji KOBAYASHI, Shinichiro KADO, Takashi MINAMI, Hiroyuki OKADA, Toru MIZUUCHI, Shigeru KONOSHIMA, Hirohiko TANAKA, Hiroto MATSUURA, Kiyofumi MUKAI, Yuhe, FENG, Heinke FRERICHS, Kazunobu NAGASAKI
  • 学会等名: 22nd International Stellarator and Heliotron Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] EMC3-EIRENE modeling of JT-60SA edge plasmas with/without RMP field (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, G. Kawamura, K. Hoshino, M. Kobayashi, G. Matsunaga, L. Lunt, Y. Feng, and N. Ohno
  • 学会等名: 17th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
  • 国際学会
• [学会発表] Impurity transport analysis in LHD divertor plasma with neon gas puff (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Kawamura, H. Tanaka, K. Mukai, B. Peterson, S.Y. Dai, S. Masuzaki, M. Kobayashi, Y. Suzuki, Y. Feng
  • 学会等名: 27th International Toki Conference,
  • 国際学会
• [学会発表] Impurity transport analysis in LHD divertor plasma with neon gas puff (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Kawamura, H. Tanaka, K. Mukai, B. Peterson, S.Y. Dai, S. Masuzaki, M. Kobayashi, Y. Suzuki, Y. Feng
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会 第35回年会
• [学会発表] Modeling study on three-dimensional impurity transport in impurity-seeded LHD plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: KAWAMURA Gakushi
  • 学会等名: 21st International Stellarator-Heliotron Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Application of EMC3-EIRENE to Estimation of Influence of a Liquid Metal Limiter on an LHD-Type Fusion Plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: KAWAMURA Gakushi
  • 学会等名: 26th International Toki Conference
  • 国際学会
• [学会発表] LHD不純物パフ放電における三次元不純物輸送のモデリング研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河村学思
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
• [学会発表] A Particle-In-Cell approach to particle flux shaping with a surface mask (2016)
  • 著者名/発表者名: G. Kawamura, N. Ohno, S. Takamura, Y. Tomita
  • 学会等名: The 22nd International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: ローマ（イタリア）
  • 年月日: 2016-05-30
  • 国際学会