| 研究課題/領域番号 |
19K03800
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14020:核融合学関連
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
中村 浩章 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30311210)
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| 研究分担者 |
澤田 圭司 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40262688)
齋藤 誠紀 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40725024)
田村 祐一 甲南大学, 知能情報学部, 教授 (50311212)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 分子動力学法 / 空孔 / 水素吸蔵 / タングステン / 水素リサイクリング / 深層学習 / 中性原子分子 / 衝突複写モデル / 水素原子 / 水素分子 / 水素同位体 / 炭素 / 衝突輻射モデル / 回転状態 / 振動状態 / プラズマ壁相互作用 / 分子動力学 / 水素リサイクリングモデル / プラズマ対向壁 / 水素原子分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ダイバータ板への熱負荷軽減のために非接触ダイバータが考えられている。この非接触ダイバータは、「プラズマがダイバータ板へ流れ込む前に、プラズマと中性粒子を相互作用させて、プラズマ熱・粒子負荷を低減させる」という仕組みである。この過程で生成されるプラズマを非接触プラズマと呼ぶ。この非接触プラズマの挙動を解明するためには、プラズマ対向壁から生じる水素原子・分子の情報が必要である。本研究では、分子動力学シミュレーションにより(1)対向壁から放出される水素原子・分子の量（比率）(2)放出される水素原子・分子の運動エネルギー分布と振動・回転励起分布(3)高い振動励起状態の水素分子生成過程の解明を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、タングステンの分子動力学法（MD法）に取り組んだ。
中性子を照射したW試料に対して、試料温度を変えて重水素プラズマ曝露を行う実験が行われた。陽電子消滅法を用いて試料中の空孔の大きさと、昇温脱離ガス分析法を用いて水素同位体の吸蔵量が評価された。この実験結果によると、プラズマ曝露温度の違いと水素同位体の有無によって空孔の大きさに変化が生じることがわかっている。そこで本研究では、水素同位体が空孔の構造変化に与える影響に着目して、分子動力学法を用いてその影響を調査し、W における空孔と水素との相互作用の解明に貢献することを目的とした。
具体的には、水素が空孔の構造変化に与える影響を分子動力学法を用いて解析した。温度と空孔中の水素の数を変えてシミュレーションを行い、タングステン構造の変位・乱れ・揺らぎを三つの指標を用いて評価した。その結果、各温度で十分量の水素があると構造に変化が生じることが分かった。また、今回は空孔周辺を完全結晶としたが、実際は乱れがあるため、結果に影響を及ぼす可能性があると考えられる
もう一つの成果として、炭素壁水素リサイクリングモデルにおける深層学習の適用に取り組んだ。水素リサイクリングモデルでは、炭素と水素から構成される壁に水素原子を入射し、放出される原子・分子のエネルギー等を計算する。これをさまざまな条件で行う必要があるが、分子動力学法は計算コストが高いため、深層学習を用いて結果の一部を予測することでその削減を図った。予測対象としたのは、壁からの水素分子放出の有無と放出水素分子の運動エネルギー分布である。前者に関しては約9 割の精度で予測ができた一方、後者に関しては誤差が大きかった。その要因として放出分子のサンプル数が小さいことが考えられるため、その数が大きい反射水素原子の運動エネルギー分布を対象に検証を行ったところ、小さい誤差で予測を行うことができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
タングステンの空孔の挙動計算、炭素壁水素リサイクリングモデルにおける深層学習の適用を行えたので、順調に進展してきた。しかし、コロナ禍のため、直接的な対面型の研究発表ができなかったために、どうしても、成果の周知の機会が十分ではなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究期間を延長してもらったので、成果の発表に特に力を注ぎたい。
具体的には、成果の論文発表を現在取り組み中である。さらには、研究会・会議への参加を積極的に行いたい。
計算する具体的な課題としては、タングステンのひとつの空孔の解析をする術を開発したが、複数個の空孔が存在する場合を扱っていきたい。まずは、二つのタングステン空孔が隣接する場合で、かつ水素原子が吸蔵している場合を考えていきたい。
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