新型トレーサー内蔵ペレットで解明する高温プラズマ中の不純物輸送特性

• 研究課題/領域番号: 17KK0121
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 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: 田村 直樹 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (80390631)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2022
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
• キーワード: プラズマ・核融合 / 炉心プラズマ / 不純物輸送 / トレーサー内蔵固体ペレット / TESPEL / トレーサー内蔵ペレット

研究成果の概要

ドイツのW7-X装置とスペインのTJ-II装置において、TESPEL入射実験を実施した。W7-Xでは、TESPELにより予想以上にプラズマ内部にトレーサーを配置できることが分かった他、レーザーブローオフ法との比較により、不純物供給位置の違いが不純物の時間発展、つまり空間分布に大きな影響を与えることも明らかとなった。また、TESPELにより、ホウ素からタングステンまでの非常に広い範囲の不純物の輸送を調査可能であることも明らかとなった。一方、TJ-IIでは、新型コロナウイルス感染症の影響のため、新型TESPELを使用した本格的な実験は実施することができなかったが、予備実験までは実施できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた成果として特筆すべき点は、不純物供給位置の違いが磁場閉じ込め高温プラズマ中の不純物の時間発展、つまり空間分布に大きな影響を与えることを明らかにしたことである。このことは、磁場閉じ込め高温プラズマ中の不純物輸送に関して、新たな知見を与えており、その学術的意義は高いと言える。また、将来の核融合炉において不純物発生源はプラズマの中心部と周辺部それぞれにあることから、新たに得られた知見は、それぞれに対して対策が必要であることを強く示唆している。これは、核融合炉の実現の加速化において非常に重要な知見であることから、その社会的意義も高いと言える。

研究成果

• [国際共同研究] エネルギー・環境・科学技術研究センター(スペイン) (2020)
  • 年月日: 2020-02-29
• [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) (2018)
• [雑誌論文] Overview of the TJ-II stellarator research programme towards model validation in fusion plasmas (2022)
  • 著者名/発表者名: C. Hidalgo, E. Ascasibar, U. Losada, S. Ohshima, H. Takahashi 他130名
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 62 号: 4 ページ: 042025-042025
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac2ca1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental confirmation of efficient island divertor operation and successful neoclassical transport optimization in Wendelstein 7-X (2022)
  • 著者名/発表者名: Thomas Sunn Pedersen, I. Abramovic, P. Agostinetti, M. Agredano Torres, S. Akaslompolo, J. Alcuson Belloso, P. Aleynikov, K. Aleynikova, M. Alhashimi, A. Ali, N. Allen, A. Alonso, G. Anda, T. Andreeva, C. Angioni, A. Arkhipov, A. Arnold, W. Asad, E. Ascasibar, M.-H. Aumeunier, K. Avramidis, ..., N. Tamura, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 62 号: 4 ページ: 042022-042022
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac2cf5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The interpretation of magnetic activity associated with pellet injections into plasmas creasted in the stellarator TJ-II (2021)
  • 著者名/発表者名: K.J. McCarthy, E. Ascasibar, N. Tamura, N. Panadero, I. Garcia-Cortes, B. van Milligen, A. Cappa, R. Garcia, J. Hernandez-Sanchez, M. Liniers, G. Motojima, M. Navarro, I. Pastor and TJ-II team
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 号: 7 ページ: 076014-076014
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac04f6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First neutral beam experiments on Wendelstein 7-X (2021)
  • 著者名/発表者名: Samuel A. Lazerson, Oliver Ford, Simppa Akaslompolo, Sergey Bozhenkov, Christoph Slaby, Lilla Vano, Annabelle Spanier, Paul McNeely, Norbert Rust, Dirk Hartmann, Peter Poloskei, Birger Buttenschoen, Rainer Burhenn, Naoki Tamura, Rene Bussiahn, Thomas Wegner, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 号: 9 ページ: 096008-096008
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac121c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of TESPEL cloud dynamics in Wendelstein 7-X stellarator (2020)
  • 著者名/発表者名: Kocsis Gabor、Tamura Naoki、Bussiahn Rene、McCarthy Kieran、Baldzuhn J?rgen、Biedermann Christoph、Cseh Gabor、Damm Hannes、Kornejew Petra、K?nig Ralf、Panadero Nerea、Szepesi Tamas
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 号: 1 ページ: 016006-016006
  • DOI: 10.1088/1741-4326/abbc84
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge-state independent anomalous transport for a wide range of different impurity species observed at Wendelstein 7-X (2020)
  • 著者名/発表者名: Langenberg A.、Wegner Th.、Pablant N. A.、Marchuk O.、Geiger B.、Tamura N.、Bussiahn R.、Kubkowska M.、Moll?n A.、Traverso P.、Smith H. M.、Fuchert G.、Bozhenkov S.、Damm H.、Pasch E.、Brunner K.-J.、Knauer J.、Beurskens M.、Burhenn R.、Wolf R. C.、W7-X Team
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 27 号: 5 ページ: 052510-052510
  • DOI: 10.1063/5.0004462
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Integration of the TESPEL injection system at W7-X (2020)
  • 著者名/発表者名: Laube Ralph、Bussiahn Rene、Tamura Naoki、McCarthy Kieran J.
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 150 ページ: 111259-111259
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2019.111259
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of the TESPEL-injected impurities behaviour by the PHA system at Wendelstein 7-X (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Kubkowska, N. Tamura, A. Chomiczewska, T. Fornal, M. Gruca, N. Krawczyk, S. Jablonski, L. Ryc, R. Bussiahn, K. Brunner, R. Burhenn, J. Knauer, A. Langenberg, U. Neuner, H. Thomsen and the W7-X team
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 15 ページ: 1-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Plasma termination by excess pellet fueling and impurity injection in TJ-II, the Large Helical Device and Wendelstein 7-X (2019)
  • 著者名/発表者名: Dinklage A., McCarthy K.J., Suzuki C., Tamura N., Wegner Th., Yamada H., Baldzuhn J., Brunner K.J., Buttenschoen B., Damm H., Drewelow P., Fuchert G., Hirsch M., Hoefel U., Kasahara H., Knauer J., Maier D., Miyazawa J., Motojima G., Oishi T., Rahbarnia K., Sunn Pedersen T., Sakamoto R., Wolf R.C., Zhang D.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 号: 7 ページ: 076010-076010
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab17fd
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The impact of fast electrons on pellet injection in the stellarator TJ-II (2018)
  • 著者名/発表者名: McCarthy K J、Panadero N、Combs S K、Tamura N、Ascas?bar E、Calvo M、Chmyga A、Estrada T、Fontdecaba J M、Garc?a R、Hern?ndez S?nchez J、Khabanov P、Liners M、Melnikov A V、Pastor I、Rojo B、TJ-II team1、LHD experiment group2
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 61 号: 1 ページ: 014013-014013
  • DOI: 10.1088/1361-6587/aae038
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tracer-Encapsulated Solid Pellet (TESPEL) injection system for Wendelstein 7-X (2018)
  • 著者名/発表者名: Bussiahn R.、Tamura N.、McCarthy K. J.、Burhenn R.、Hayashi H.、Laube R.、Klinger T.、LHD Experiment Group、W7-X Team
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 89 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.5038844
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] New insights into cryogenic and TESPEL pellet physics in TJ-II (2022)
  • 著者名/発表者名: D. Medina-Roque, I. Garcia-Cortes, K.J. McCarthy, N. Tamura, N. Panadero, E. Ascasibar, T. Estrada, J. Hernandez-Sanchez, A.S. Kozachek, M. Liniers, P. Medina, M.A. Ochando, J.L. de Pablos, I. Pastor, C. Toledo, B. van Milligen & TJ-II team
  • 学会等名: 48th EPS Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Impurity transport studies on Wendelstein 7-X by Tracer-Encapsulated Solid Pellets (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Bussiahn, N. Tamura, K.J. McCarthy, T. Andreeva, J. Brunner, B. Buttenschoen, A. Dinklage, B. Geiger, J. Geiger, G. Fuchert, A. Langenberg, N. Pablant, K. Rhabarnia, C. Swee, Th. Wegner and the W7-X team
  • 学会等名: 47th EPS Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Versatility and Flexibility of the Tracer-Encapsulated Solid Pellet as a Diagnostic Tool in Magnetic Fusion Plasma (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Tamura, R. Bussiahn, K.J. McCarthy
  • 学会等名: 3rd European Conference on Plasma Diagnostics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Radiation distribution and origin in W7-X (2019)
  • 著者名/発表者名: D. Zhang
  • 学会等名: 9th International workshop on "Stochasticity in Fusion Plasmas (SFP)"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impact of injecting different TESPEL-types on Wendelstein 7-X plasmas (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Bussiahn, N. Tamura, K.J. McCarthy, M. Beurskens, S. Bozhenkov, H. Damm, G. Fuchert, E. Pasch, E. Edlund, M. Porkolab, Z. Huang, L.-G. Boettger, O. Grulke, A. von Stechow, R. Burhenn, B. Buttenschoen, K.J. Brunner, J. Knauer, A. Langenberg, O. Marchuk, N. Pablant, N. Chaudhary, M. Hirsch, U. Hoefel, J.W. Oosterbeek
  • 学会等名: 3rd European Conference on Plasma Diagnostics
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of the TESPEL-injected impurities behavior by the PHA system at Wendelstein 7-X (2019)
  • 著者名/発表者名: Monika Kubkowska, Naoki Tamura, Agata Chomiczewska, Tomasz Fornal, Marta Gruca, Natalia Krawczyk, Slawomir Jablonski, Leszek Ryc, Rene Bussiahn, Rainer Burhenn, Ulrich Neuner, Henning Thomsen and the W7-X team
  • 学会等名: 3rd European Conference on Plasma Diagnostics
  • 国際学会
• [学会発表] First Results from an Event Synchronized - High Repetition Rate Thomson Scattering System at Wendelstein 7-X (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Damm, E. Pasch, J. Baldzuhn, S. Bozhenkov, K.J. Brunner, R. Bussiahn, A. Dinklage, G. Fuchert, N. Tamura, E.R. Scott and the W7-X Team
  • 学会等名: 3rd European Conference on Plasma Diagnostics
  • 国際学会
• [学会発表] Impurity Transport Studies using TESPEL in W7-X stellarator (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Tamura, R. Bussiahn, K.J. McCarthy, B. Buttenschoen, M. Kubkowska, N. Pablant, A. Langenberg, D. Zhang, Th. Wegner, R. Burhenn and the W7-X team
  • 学会等名: 46th EPS Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of TESPEL cloud dynamics in Wendelstein 7-X stellarator (2019)
  • 著者名/発表者名: G. Kocsis, N. Tamura, R. Bussiahn, K.J. McCarthy, J. Baldzuhn, C. Biedermann, G. Cseh, H. Damm, N. Panadero, T. Szepesi and the W7-X Team
  • 学会等名: 46th EPS Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 1-dim Collisional Radiative impurity transport code with internal particle source for TESPEL injection experiments in RFX-mod2 (2019)
  • 著者名/発表者名: L.Carraro, P. Innocente, N.Tamura
  • 学会等名: 46th EPS Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Diffusion Dominated Transport for a Wide Range of Different Impurity Species Observed at Wendelstein 7-X (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Langenberg, Th. Wegner, B. Geiger, A. Mollen, H.M. Smith, O. Marchuk, R. Bussiahn, N. Tamura, N.A. Pablant, P. Traverso, B. Buttenschoen, R. Burhenn, M. Beurskens, R.C. Wolf and the W7-X Team
  • 学会等名: 46th EPS Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Tracer-filled pellets for performing impurity transport studies in magnetically-confined plasmas of stellarators (2019)
  • 著者名/発表者名: K. J. McCarthy, N. Tamura, R. Bussiahn, I. Garcia-Cortes, J. Hernandez Sanchez and N. Panadero
  • 学会等名: XXXVII Reunion Bienal de la Real Sociedad Espanola de Fisica
• [学会発表] Pulse Height Analysis diagnostic for impurity behavior studies at W7-X (2019)
  • 著者名/発表者名: Monika Kubkowska for the W7-X team
  • 学会等名: PLASMA-2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impurity Transport Studies using TESPEL in stellarators: A comparison between TJ-II, W7-X and LHD (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Tamura
  • 学会等名: 22nd International Stellarator & Heliotron Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] TURBULENCE STUDIES BY THE PHASE CONTRAST IMAGING DIAGNOSTIC IN THE WENDELSTEIN 7-X STELLARATOR (2019)
  • 著者名/発表者名: Z. Huang
  • 学会等名: 22nd International Stellarator & Heliotron Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of the Tracer-Encapsulated Solid Pellets (TESPEL) on Wendelstein 7-X plasmas (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Bussiahn, N. Tamura, K.J. McCarthy, C. Brandt, K.J. Brunner, R. Burhenn, B. Buttenschon, H. Damm, G. Kocsis, A. Langenberg, N. Pablant, A. v. Stechow, P. Traverso, Th. Wegner, D. Zhang, the LHD experiment group and the W7-X team
  • 学会等名: DPG Spring Meeting 2019
• [学会発表] Dynamics of TESPEL injections in the W7-X stellarator observed with SXR tomography (2019)
  • 著者名/発表者名: C. Brandt, J. Schilling, H. Thomsen, R. Bussiahn, N. Tamura, R. Burhenn, and the Wendelstein 7-X Team
  • 学会等名: DPG Spring Meeting 2019
• [学会発表] Tracer-Encapsulated Solid Pellet (TESPEL) Injection System for Wendelstein 7-X (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamura N.、Bussiahn R.、McCarthy K. J.、Burhenn R.、Hayashi H.、Laube R.、Klinger T.、LHD Experiment Group、W7-X Team
  • 学会等名: 22nd Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics
  • 国際学会
• [学会発表] Integration of the TESPEL injection system at W7-X (2018)
  • 著者名/発表者名: Laube, Ralph; Bussiahn, Rene; Tamura, Naoki
  • 学会等名: 30TH SYMPOSIUM ON FUSION TECHNOLOGY
  • 国際学会
• [学会発表] Development and Initial Results of a Tracer-Encapsulated Solid Pellet (TESPEL) Injection System on Wendelstein 7-X (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Bussiahn, N. Tamura, K.J. McCarthy, R. Burhenn, H. Hayashi, R. Laube, T. Klinger1, the LHD experiment group and the W7-X team
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] TESPEL injection experiment in TJ-II (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Tamura, K.J. McCarthy, N. Panadero, E. Ascasibar, E. Pawelec, A. Chmyga, T. Estrada, J.M. Fontdecaba, R. Garcia, J. Hernandez Sanchez, P. Khabanov, M. Liners, A. V. Melnikov, I. Pastor, B. Rojo, TJ-II team, and LHD experiment group
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会年会
• [備考] Hollowing out pearls with watchmaker's tools
  • URL: https://euro-fusion.org/eurofusion-news/hollowing-out-pearls-with-watchmakers-tools/
• [備考] Tracer pellets
  • URL: https://www.ipp.mpg.de/5029547/tespel
• [備考] Impuritry Pellet Injector (TESPEL)
  • URL: https://www.ipp.mpg.de/4622349/TESPEL
• [備考] Hollowing out pearls with watchmaker's tools
  • URL: https://www.euro-fusion.org/news/2021/february/hollowing-out-pearls-with-watchmakers-tools/