ITER級パラメータ条件における非接触プラズマ中の非拡散的輸送研究

• 研究課題/領域番号: 18KK0410
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 田中 宏彦 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60609981)
• 研究期間 (年度): 2019 – 2023
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)
• キーワード: 非拡散的輸送 / 非接触プラズマ / Magnum-PSI / 揺動解析 / 静電プローブ / 高速カメラ / 再結合フロント / ダイバータプラズマ / MAGNUM-PSI

研究成果の概要

本国際共同研究では、ITERダイバータ領域に匹敵するプラズマパラメータ・磁場強度を有する直線型超電導装置Magnum-PSI（オランダ、DIFFER研究所）に各種計測機器を持ち込み、揺動データセットを取得した。装置壁への熱負荷低減に有望視される“非接触ダイバータ条件”で増幅する非拡散的輸送の発生の有無、ならびに輸送特性を調査した。パラメータ領域や磁場構造の異なる国内複数装置と類似する現象が観測されたことから、将来の核融合装置においても発生しうる現象であることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現存する唯一のITER級ダイバータプラズマ模擬装置といえるMagnum-PSIにおいて、非接触プラズマ条件で増幅する非拡散的輸送現象の観測に成功した。特に弱磁場環境では、静電プローブと高速カメラの併用により詳細な輸送特性を明らかにした。本研究で整備した計測系は、DIFFER研究所における今後の関連研究の進展に寄与する。

研究成果

• [国際共同研究] Max Planck Institute for Plasma Physics(ドイツ) (2023)
  • 年月日: 2023-08-28
• [国際共同研究] Dutch Institute for Fundamental Energy Research(オランダ) (2023)
• [雑誌論文] Four-dimensional conditional averaging tomography of rotating plasma ejection from cylindrical detached plasma (2024)
  • 著者名/発表者名: Hirohiko Tanaka, Shin Kajita, Hiroki Natsume, and Noriyasu Ohno
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 号: 1 ページ: 9329-9329
  • DOI: 10.1038/s41598-024-59182-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Correlation of the Orthogonal Basis of the Core Plasma Distribution to the Divertor Footprint Distribution in LHD (2023)
  • 著者名/発表者名: TANAKA Hirohiko、MASUZAKI Suguru、KAWAMURA Gakushi、HAYASHI Yuki、KOBAYASHI Masahiro、SUZUKI Yasuhiro、MUKAI Kiyofumi、KAJITA Shin、OHNO Noriyasu
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 18 号: 0 ページ: 2402021-2402021
  • DOI: 10.1585/pfr.18.2402021
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2023-03-29
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plasma rotation and axial flow velocities in Magnum-PSI from cross-correlation measurements (2023)
  • 著者名/発表者名: Costin C、Mihaila I、van der Meiden H J、Tanaka H、Scholten J、van Eck H J N
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: 32 号: 7 ページ: 075010-075010
  • DOI: 10.1088/1361-6595/ace5d2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Study of the intermittent plasma structure around the divertor simulation experimental module in GAMMA 10/PDX (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, N. Ezumi, T. Sugiyama, H. Gamo, N. Shigematsu, M. Yoshikawa, J. Kohagura, M. Hirata, S. Togo, N. Ohno, and M. Sakamoto
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 30 号: 3 ページ: 032501-032501
  • DOI: 10.1063/5.0129886
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects from the Target Plate Geometry on Fluctuations of Helium Plasma in the Linear Divertor Simulator Magnum-PSI (2022)
  • 著者名/発表者名: YOSHIKAWA Masayuki、TANAKA Hirohiko、HAYASHI Yuki、KAJITA Shin、van der MEIDEN Hennie、VERNIMMEN Jordy、MORGAN Thomas、KOHAGURA Junko、SHIMA Yoriko、TOGO Satoshi、EZUMI Naomichi、NAKASHIMA Yousuke、SAKAMOTO Mizuki
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 17 号: 0 ページ: 1402100-1402100
  • DOI: 10.1585/pfr.17.1402100
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2022-10-07
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reduction of pulsed particle load with dynamic pressure induced by transient recycled neutral flux (2022)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Yuki、Tanaka Hirohiko、Ohno Noriyasu、Kajita Shin、Morgan Thomas、van der Meiden Hennie、Scholten John、Vernimmen Jordy、Natsume Hiroki、Sawada Keiji、Masuda Shota
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 64 号: 10 ページ: 105013-105013
  • DOI: 10.1088/1361-6587/ac8acb
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Linear analysis of cross-field dynamics with feedback instability on detached divertor plasmas (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Hasegawa, Hirohiko Tanaka, and Seiji Ishiguro
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 号: 12 ページ: 126005-126005
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac2a88
  • NAID: 120007167589
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 5．非接触プラズマ形成が非拡散的プラズマ輸送に及ぼす3次元効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中宏彦
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 97 ページ: 463-470
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 4．外部共鳴摂動磁場印加がトカマク周辺プラズマに及ぼす3次元効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康浩, 田中宏彦
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 97 ページ: 455-462
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Plasma Potential Measurement in Detached Plasmas by Emissive Probe Considering Space-Charge-Limited Effect (2020)
  • 著者名/発表者名: Shogo HATTORI, Hirohiko TANAKA, Shin KAJITA, and OHNO Noriyasu
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 15 号: 0 ページ: 1301082-1301082
  • DOI: 10.1585/pfr.15.1301082
  • NAID: 130007948939
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2020-11-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of axial decay length of plasma pressure in detached plasma (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, N. Ohno, S. Kajita, H. Takano, S. Hattori, and Y. Imaeda
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 25 ページ: 100812-100812
  • DOI: 10.1016/j.nme.2020.100812
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cross-field transport in detached helium plasmas in Magnum-PSI (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H、Hayashi Y、Kajita S、van der Meiden H J、Yoshikawa M、Vernimmen J W M、Scholten J、Classen I、Morgan T W、Ohno N
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 62 号: 11 ページ: 115021-115021
  • DOI: 10.1088/1361-6587/abb88f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detached helium plasma simulation by a one-dimensional fluid code with detailed collisional-radiative model (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H.、Saeki I.、Ohno N.、Kajita S.、Ido T.、Natsume H.、Hatayama A.、Hoshino K.、Sawada K.、Goto M.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 27 号: 10 ページ: 102505-102505
  • DOI: 10.1063/5.0015912
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatiotemporal dynamics of cross-field ejection events in recombining detached plasma (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Hirohiko、Kajita Shin、Natsume Hiroki、Saeki Isaya、Ohno Noriyasu
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 075011-075011
  • DOI: 10.1088/1361-6587/ab8e19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Application of dynamic mode decomposition to rotating structures in detached linear plasmas (2020)
  • 著者名/発表者名: Natsume H.、Tanaka H.、Kajita S.、Ohno N.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 27 号: 4 ページ: 042301-042301
  • DOI: 10.1063/1.5134869
  • 査読あり
• [学会発表] ダイバータプラズマ模擬装置における非接触プラズマ中を伝搬する熱パルスの特性変化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 林祐貴, 田中宏彦, 梶田信, 皇甫度均, 大野哲靖, J.W.M. Vernimmen, J. Scholten, H.J. van der Meiden, I. Classen, T.W. Morgan
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] 非接触プラズマ回転放出現象の４次元条件付き平均トモグラフィ (2023)
  • 著者名/発表者名: 田中宏彦, 梶田信, 夏目祥揮, 大野哲靖
  • 学会等名: 第40回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] 直線型装置およびモデリングを用いた中性粒子温度が非接触プラズマ形成に与える影響に関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 林祐貴, 大野哲靖, 田中宏彦, 夏目祥揮, 杉浦健斗, 眞野綾二, 増田翔太, 右田龍星, 澤田圭司, 梶田信, 辻原匡志, 大嶋啓嗣, 荒巻光利, 河村学思
  • 学会等名: 第40回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] 直線非接触プラズマの４次元時空間輸送挙動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中宏彦, 夏目祥揮, 梶田信, 大野哲靖
  • 学会等名: 第39回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Multivariate analysis of LHD divertor and core plasma distributions (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, S. Masuzaki, G. Kawamura, Y. Hayashi, M. Kobayashi, Y. Suzuki, S. Kajita, N. Ohno
  • 学会等名: The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research (ITC31)
  • 国際学会
• [学会発表] GAMMA 10/PDX接触・非接触ダイバータ条件におけるBlob様輸送構造 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中宏彦, 江角直道, 杉山吏作, 蒲生宙樹, 重松直希, 吉川正志, 小波蔵純子, 平田真史, 大野哲靖, 坂本瑞樹
  • 学会等名: 第14回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Global fluctuation structures across ionizing- and recombining-plasma regions (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, H. Natsume, S. Kajita, N. Ohno
  • 学会等名: 25th International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices (PSI-25)
  • 国際学会
• [学会発表] 条件付き平均法を用いた高時間分解能プラズマ分光計測系の開発と応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 夏目祥揮, 梶田信, 田中宏彦, 螺澤英樹, 大野哲靖
  • 学会等名: 第39回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] トロイダルリップル及びRMPコイルパリティ差異に着目したJT-60SA周辺プラズマ輸送シミュレーション (2022)
  • 著者名/発表者名: 榎本昇悟, 田中宏彦, 河村学思, 松永剛, 鈴木康浩, 小林政弘, 星野一生, 梶田信, 大野哲靖
  • 学会等名: 第39回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Edge plasma transport modeling in JT-60SA focusing on toroidal field ripple and RMP coil parity difference (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Enomoto, H. Tanaka, G. Kawamura, G. Matsunaga, Y. Suzuki, M. Kobayashi, K. Hoshino, S. Kajita, N. Ohno
  • 学会等名: The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research (ITC31)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of divertor fluxes with proper orthogonal decomposition method in Wendelstein 7-X (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sleczka, M. Jakubowski, H. Niemann, A.P. Sitjes, H. Tanaka, B. Zamorski, W7-X team
  • 学会等名: 48th EPS Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of divertor flux drifts and their dependence on plasma parameters within Wendelstein 7-X through proper orthogonal decomposition (2022)
  • 著者名/発表者名: B. Zamorski, M. Sleczka, M. Jakubowski, A.P. Sitjes, Y. Gao, K. Hammond, H. Tanaka, W7-X team
  • 学会等名: 23rd International Stellarator-Heliotron Workshop (ISHW 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] 電離進行－再結合プラズマ接続領域の広域揺動ダイナミクス (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中宏彦, 夏目祥揮, 梶田信, 大野哲靖
  • 学会等名: 第38回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Detached helium plasma simulation with collisional-radiative model (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, I. Saeki, N. Ohno, S. Kajita, T. Ido, H. Natsume, A. Hatayama, K. Hoshino, K. Sawada, M. Goto
  • 学会等名: The 40th JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Fluctuation analyses for extracting the cross-field transport in detached plasmas (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, S. Kajita, M. Sakamoto, N. Ezumi, M. Yoshikawa, J. Kohagura, N. Ohno
  • 学会等名: International Mini-Workshop on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement (OS2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnum-PSI非接触プラズマにおけるリサイクリング粒子が熱パルス緩和に与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林祐貴, 田中宏彦, 大野哲靖, 梶田信, T.W. Morgan, H.J. van der Meiden, J. Scholten, J.W.M. Vernimmen, 澤田圭司, 増田翔太, 夏目祥揮
  • 学会等名: 第38回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] JT-60SAにおける複数のRMP条件での周辺プラズマモデリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 榎本昇悟, 田中宏彦, 河村学思, 松永剛, 小林政弘, 星野一生, 鈴木康浩, 梶田信, 大野哲靖
  • 学会等名: 第38回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] JT-60SA edge plasma modeling under several resonant magnetic perturbation conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Enomoto, H. Tanaka, G. Kawamura, G. Matsunaga, M. Kobayashi, K. Hoshino, Y. Suzuki, S. Kajita, and N. Ohno
  • 学会等名: The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research (ITC30)
  • 国際学会
• [学会発表] Linear Analysis of Cross-Field Dynamics with Feedback Instability on Detached Divertor Plasmas (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Hasegawa, H. Tanaka, S. Ishiguro
  • 学会等名: 28th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Cross-field transport in detached helium plasmas in Magnum-PSI (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, Y. Hayashi, S. Kajita, H.J. van der Meiden, M. Yoshikawa, J.W.M. Vernimmen, J. Scholten, I. Classen, T.W. Morgan, N. Ohno
  • 学会等名: The 24th International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices (PSI-24)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of ejected and rotatingstructuresin linear detached plasmasusing dynamic mode decomposition (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Natsume, H. Tanaka, S. Kajita, N. Ohno
  • 学会等名: The 24th International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices (PSI-24)
  • 国際学会
• [学会発表] Magnum-PSI非接触プラズマ中における非拡散的輸送増大現象 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中宏彦, 林祐貴, 梶田信, H.J. van der Meiden, 吉川正志, J.W.M. Vernimmen, J. Scholten, I. Classen, T.W. Morgan, 大野哲靖
  • 学会等名: 第37回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Conditional averaging measurement of spatiotemporal parameter dynamics during cross-field recombining-plasma ejection events (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, S. Kajita, N. Ohno
  • 学会等名: AAPPS-DPP2020
  • 国際学会
• [学会発表] 径方向への非接触プラズマ放出現象における時空間プラズマパラメータ計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中宏彦, 梶田信, 関真倫, 大嶋啓嗣, 夏目祥揮, 大野哲靖
  • 学会等名: 第36回プラズマ・核融合学会年会
• [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 (PET2019)
  • 国際学会
• [備考] 研究成果
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/plaene/member/tanaka/jisseki/jisseki.html
• [備考] プログラム公開ページ
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/plaene/koukai/purakaku85/
• [備考] プレスリリース
  • URL: https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/2024/04/post-657.html
• [備考] 研究成果ページ
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/plaene/member/tanaka/jisseki/jisseki.html