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トリチウム燃料注入と壁不純物挙動のシミュレーション解析

研究課題

研究課題/領域番号 20049003
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関名古屋大学

研究代表者

山崎 耕造  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50115648)

研究分担者 大石 鉄太郎  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (80442523)
研究期間 (年度) 2008 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2009年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2008年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードプラズマ・核融合 / 原子力エネルギー / 計算物理
研究概要

DT核融合炉の実現のためには、天燃には存在しない燃料としてのトリチウムの確保と炉内への注入シナリオの明確化が必要である。D/Tの燃料比の変動により核融合出力は大きく変動する。逆に、D/T比を制御することで核融合出力制御が可能である。また、炉壁からの不純物流入により、放射損失が増加すると同時に、D/T燃料密度の希釈が起こり、プラズマ温度低下と核融合炉出力の低下が起こるので、不純物混入を極力避け、D/Tの燃料の最適な比を維持する必要がある。
本研究では、トリチウム燃料注入と壁不純物挙動の理論シミュレーション解析研究として、筆者が独自に開発してきた統合シミュレーションコードTOTALを用いて解析を行った。また、トリチウムの燃料サイクルを含めた核融合炉運転の最適化研究を、独自のシステムコードPECを用いて進めた。
具体的には、トリチウム燃料の挙動やD/Tの燃料比の制御と密度限界、ベータ知限界、核融合出力特性の関係を明らかにし、D:T=7:3の燃料比にすることでトリチウム消費を大幅に低減できる事をシミュレーションで明確化した。また、トリチウムイオンや重水素イオンによるスパッタリングにより発生する壁不純物イオンの輸送と、その周辺プラズマやコアプラズマへの影響を検討し、不純物マントル形成による壁熱負荷の低減を明確化した。特に、ITERや将来の核融合炉で重要になると考えられているタングステン壁不純物の輸送解析を進め、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、モリブデン、等の不純物の振る舞いとの比較を行い、ITERでのクリプトン不純物マントルの有効性を示した。
以上の成果を踏まえて、平成22年度から2年間の特定領域公募研究「トリチウム燃料消費の最適化と燃料システムの経済性評価」へと発展させることができた。

報告書

(2件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2010 2009 2008

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (22件)

  • [雑誌論文] Impurity Behavior in ITER and Helical Burning Plasmas with Internal Transport Barriers2009

    • 著者名/発表者名
      K.Yamazaki, I.Yamada, T.Oishi, H.Arimoto, T.Shoji
    • 雑誌名

      Journal of Plasma and Fusion Research SERIES 8

      ページ: 338-341

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pellet and Gas-Puff Fueling Simulation in ITER and Power Plant Plasmas Using "TOTAL" Code2009

    • 著者名/発表者名
      T.Oishi, K.Yamazaki, H.Yamamoto, H.Arimoto, T.Shoji
    • 雑誌名

      Journal of Plasma and Fusion Research SERIES 8

      ページ: 342-345

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analyses and Experiments of Compact Spherical Tokamak-Stellarator "TOKASTAR"2009

    • 著者名/発表者名
      K.Yamazaki, Y.Taira, T.Oishi, H.Arimoto, T.Shoji
    • 雑誌名

      Journal of Plasma and Fusion Research SERIES 8

      ページ: 1044-1047

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Burning plasma simulation and environmental assessment of tokamak, spherical tokamak and helical reactors2009

    • 著者名/発表者名
      K. Yamazaki, S. Uemura, T. Oishi, et.al.
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion 49(印刷中)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analyses and Experiments of Compact Spherical Tokamak-Stellarator "TOKASTAR"2009

    • 著者名/発表者名
      Kozo YAMAZAKI, Yuichi TAI RA, et.al.
    • 雑誌名

      Journal of Plasma and Fusion Research Series (印刷中)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Behavior in ITER and Helical Burning Plasmas with Internal Transport Barriers2009

    • 著者名/発表者名
      Kozo YAMAZAKI, Ikuhiro YA MADA, et.al.
    • 雑誌名

      Journal of Plasma and Fusiofi Research Series (印刷中)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] PELLET AND GAS-PUFF FUELING SIMULATION IN ITER AND POWER PLANT PLASMAS USING "TOTAL" CODE2009

    • 著者名/発表者名
      Tetsutarou Oishi, Kozo Yamazaki, et.al.
    • 雑誌名

      Journal of Plasma and Fusion Research Series (印刷中)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 二酸化炭素排出量の計算による核融合炉の環境負荷評価2009

    • 著者名/発表者名
      植村聡志, 山崎耕造, 有本英樹, 大石鉄太郎, 庄司多津男
    • 雑誌名

      日本原子力学会誌和文論文誌 第8巻

      ページ: 34-39

    • NAID

      10024729700

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of Fueling in Torus Plasmas for Fusion Power Plant Using Integrated Equilibrium-Transport Simulation Code TOTAL2009

    • 著者名/発表者名
      Tetsutarou Oishi, Kozo Yamazaki, et.al.
    • 雑誌名

      Proc. of Plasma Science Symposium PSS-2009 (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [雑誌論文] Transport Analysis of Impurity with MHD Effects in Torus Plasmas2009

    • 著者名/発表者名
      Ikuhiro Yamada, Kozo Yamazaki, et.al.
    • 雑誌名

      Proc. of Plasma Science Symposium PSS-2009 (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [雑誌論文] Analysis of Neoclassical Tearing Mode Instability in Fusion Plasmas2009

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Taniguchi, Kozo Yamazaki, et.al.
    • 雑誌名

      Proc. of Plasma Science Symposium PSS-2009 (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [雑誌論文] H-mode plasma transport simulation in ITER with effect of neoclassical tearing mode2008

    • 著者名/発表者名
      Y Higashiyama, K Yamazaki, et.al.
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research : Regular Articles Volume 3

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-Dependent NBI-Heating Simulation of LHD Plasmas Using Toroidal Transport Analysis Linkage Code2008

    • 著者名/発表者名
      Takumi OHNISHI, Kozo YAMAZAKI, et.al.
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research : Regular Articles Volume 3

    • NAID

      130000264026

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Internal transport bather simulation with pellet injection in tokamak and helical reactor plasmas2008

    • 著者名/発表者名
      Y Higashiyama, K Yamazaki, et.al.
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series 123

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] H-mode plasma transport simulation in ITER with effect of neoclassical tearing mode2008

    • 著者名/発表者名
      Y Takahashi, K Yamazaki, et.al.
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series Volume 3

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Summary of US-Japan MHD Workshop2010

    • 著者名/発表者名
      K.Yamazaki, M.Okabayashi
    • 学会等名
      Joint Meeting of 15^<th> Meeting of the ITPA MHD Stability Topical Group, and US-Japan Workshop on "Physics of MHD Control of Toroidal Plasmas"
    • 発表場所
      National Institute for Fusion Science, Japan
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Analysis on D/T Fuel Ratio in Power Plant Plasmas Using Integrated Equilibrium-Transport Simulation Code TOTAL2009

    • 著者名/発表者名
      T.Oishi, K.Yamazaki, H.Arimoto, T.Shoji
    • 学会等名
      19th International Toki Conference on Advanced Physics in Plasma and Fusion Research
    • 発表場所
      Ceratopia Toki, Toki-City Gifu, Japan
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of radiative mantle formation by impurity seeding in ITER2009

    • 著者名/発表者名
      I.Yamada, K.Yamazaki, T.Oishi, H.Arimoto, T.Shoji
    • 学会等名
      19th International Toki Conference on Advanced Physics in Plasma and Fusion Research
    • 発表場所
      Ceratopia Toki, Toki-City Gifu, Japan
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of internal transport barrier formation in tokamak and helical reactor plasmas in ITER2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Hori, K.Yamazaki, T.Oishi, H.Arimoto, T.Shoji
    • 学会等名
      19th International Toki Conference on Advanced Physics in Plasma and Fusion Research
    • 発表場所
      Ceratopia Toki, Toki-City Gifu, Japan
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Economical and Environmental Assessments of Magnetic and Inertial Fusion Reactors2009

    • 著者名/発表者名
      Kozo YAMAZAKI, Satoshi UEMURA, Tetsutarnu OISHI
    • 学会等名
      7th General Scientific Assembly of the Asia Plasma and Fusion Association
    • 発表場所
      Aomori, Japanアウガビル5階
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] TOTALコードを用いた炉心級トーラスプラズマのD/T燃料比解析2009

    • 著者名/発表者名
      大石鉄太郎, 山崎耕造, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、第26回年会
    • 発表場所
      京都市国際交流会館
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 慣性及び磁場核融合炉の経済性及び環境負荷比較評価2009

    • 著者名/発表者名
      森賢二郎, 山崎耕造, 大石鉄太郎, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、第26回年会
    • 発表場所
      京都市国際交流会館
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] トカマクおよびヘリカル型核融プラズマでの内部輸送障壁の形成2009

    • 著者名/発表者名
      堀能士, 山崎耕造, 大石鉄太郎, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、第26回年会
    • 発表場所
      京都市国際交流会館
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] ITERにおける不純物放射マントル形成の検討2009

    • 著者名/発表者名
      山田育宏, 山崎耕造, 大石鉄太郎, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、第26回年会
    • 発表場所
      京都市国際交流会館
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 慣性及び磁場核融合炉の発電単価及びCO2排出量比較評価2009

    • 著者名/発表者名
      森賢二郎, 山崎耕造, 庄司多津男, 有本英樹,大 石鉄太郎
    • 学会等名
      原子力学会中部支部 第41回研究発表会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 環状磁場核融合プラズマでの内部輸送障壁の形成2009

    • 著者名/発表者名
      堀能士, 山崎耕造, 大石鉄太郎, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      原子力学会中部支部 第41回研究発表会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 磁場閉じ込め核融合炉の燃焼プラズマへの燃料供給最適化シミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      大石鉄太郎, 山崎耕造, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      原子力学会中部支部 第41回研究発表会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] MHD Stabilization Analysis in Tokamak with Helical Field2008

    • 著者名/発表者名
      K. Yamazaki
    • 学会等名
      US-Japan Workshop on MHD Control, Magnetic Islands and Rotation
    • 発表場所
      テキサス大学、米国
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 二酸化炭素排出量の計算による各種核融合発電炉の比較評価2008

    • 著者名/発表者名
      植村聡志、山崎耕造、大石鉄太郎、有本英樹、庄司多津男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、第25回年会
    • 発表場所
      栃木県総合文化センター
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] ITERにおけるNTM不安定性とその制御2008

    • 著者名/発表者名
      谷口智、山崎耕造、大石鉄太郎、有本英樹、庄司多津男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、第25回年会
    • 発表場所
      栃木県総合文化センター
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] トカマクおよびヘリカルプラズマにおける不純物輸送とMHD効果2008

    • 著者名/発表者名
      山田育宏、山崎耕造、大石鉄太郎、有本英樹、庄司多津男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、第25回年会
    • 発表場所
      栃木県総合文化センター
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] "TOTAL"コードを用いた炉心級トーラスプラズマへの燃料供給シミュレーション2008

    • 著者名/発表者名
      大石鉄太郎、山崎耕造、有本英樹、庄司多津男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、第25回年会
    • 発表場所
      栃木県総合文化センター
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] CO_2排出量の計算による核融合炉の環境負荷評価(2)2008

    • 著者名/発表者名
      植村聡志、山崎耕造、大石鉄太郎、有本英樹、庄司多津男
    • 学会等名
      日本原子力学会春季大会
    • 発表場所
      高知工科大学
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 国際熱核融合実験炉ITERにおける新古典ティアリング不安定性の解析2008

    • 著者名/発表者名
      谷口智, 山崎耕造, 大石鉄太郎, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      日本原子力学会中部支部第40回研究発表会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] トーラス核融合炉における不純物の挙動解析2008

    • 著者名/発表者名
      山田育宏, 山崎耕造, 大石鉄太郎, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      日本原子力学会中部支部第40回研究発表会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 各種核融合発電炉のコスト・環境負荷の比較評価2008

    • 著者名/発表者名
      植村聡志, 山崎耕造, 大石鉄太郎, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      日本原子力学会中部支部第40回研究発表会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 核融合炉の新しいコストスケーリング則の導出2008

    • 著者名/発表者名
      森賢二郎, 山崎耕造, 大石鉄太郎, 有本英樹, 庄司多津男
    • 学会等名
      日本原子力学会中部支部第40回研究発表会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2018-03-28  

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