| 研究課題/領域番号 |
20H02131
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
竹野 裕正 神戸大学, 工学研究科, 教授 (90216929)
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| 研究分担者 |
古川 武留 神戸大学, 工学研究科, 助教 (70845122)
中本 聡 神戸大学, 工学研究科, 助手 (10198260)
市村 和也 神戸大学, 工学研究科, 教室系技術職員 (20756001)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
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| キーワード | 核融合 / 新エネルギー / 直接発電 / 進行波型直接エネルギー変換 / キーワード |
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| 研究開始時の研究の概要 |
この研究では，ヘリウム3燃料核融合発電での利用が期待される直接発電システムのうち，進行波型のエネルギー変換器を扱う．
申請者のグループは，主として模擬実験で変換器の課題解決を進めてきた．最近の研究で変調によるビームの径方向散乱が実験的に観測され，その時間変化が未解明の変調効果の時間変化と同程度の時定数と確認された．この時間変化現象の解明は，変調過程の改善と，ひいては装置の自励発振の実現に結びつくと予想される．
本申請課題では，変調に関わる時間変化の物理機構の解明のため，既設の模擬実験設備のイオン源を大口径化して，解析実験と自励発振の実験，および対応する数値計算を行う．
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| 研究実績の概要 |
令和4年度は，従来からの感染症流行に加えて，物品価格の上昇および物品自体の調達の困難の影響が大きく，計画通りの進行ができなかった．実績の概要は，以下の4つの副課題毎にまとめる．
1) 副課題1：可変径大口径イオン源の製作では，部品価格の高騰で，特にビーム径の制御機構の部分で当初設計の見直しが必要となった．そのため，部品は調達できたが，装置完成に至らず，現在なお組立途上にある．
2) 副課題2：径方向散乱に注目した変調効果時間変化の模擬実験解析においては，昨年度手掛かりとして得たガス圧と高周波電力の調整によるビーム電流の飛躍的な増大を元に最適条件を探ったところ，収束電極への電圧印加で粒子束が急増することを見出した．これは実験的には好ましいものの，収束電極位置での空間電位が上昇するはずで，単純な粒子軌道計算結果とは整合しない．現象の理解には，副課題4の数値解析と密に関係させて進展させる必要がある．
3) 副課題3：疑似自励発振の実現と生起条件の解析では，実験に必要な機材を製作依頼した企業が（年度当初から予想されたことではあるが）部品調達に困難を来たした．その結果，装置の納入が年度末近くとなり，ほとんど進展を得ることができなかった．
4) 副課題4：模擬実験結果の数値解析においては，旧装置での過去の実験に合わせた解析で成果が得られた．減速電圧に対する依存性で，実験と同じ傾向が数値計算で再現されていた．これら合致する実験と計算は，見掛け上理論と整合していなかった．今回，計算で単一の粒子の軌道を微細に吟味することで，理論的な理解が得られた．この成果は，国際会議で発表し，現在，投稿した論文の審査が進んでいる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
令和4年度には，従来からの感染症の流行と社会情勢・国際情勢に基づく物品調達に関わる問題の影響を受けたことが，遅れの主たる理由である．
感染症については変異株の流行が深刻で，実際に研究組織のメンバが所属する研究分野でも，分野のメンバの感染が年間4件ほど確認された．かつての様な分野全体での研究活動の制限こそなかったが，研究テーマ関係者が自宅待機となって活動ができず，スケジュールの再調整など，研究の進行に及ぶ影響があった．対応に伴ってエフォートが割かれたことも無視できない．
また，物品調達については，前年度より厳しい状況となった．設備備品の高周波直線増幅器については，部品価格の上昇もあり，当初の想定よりも機器仕様を低下せざるを得なかった．部品調達に著しく時間を要し，4月から交渉を開始して5月に発注できたものの，納品まで約10ヵ月（2020年度の同種の機器の購入では約5ヵ月）を要した．その他，消耗品の物品でも，価格が概略5割増で，やりくりを検討することで予算執行が慎重になったことも，遅れにつながった．
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| 今後の研究の推進方策 |
感染症の問題は収まりつつあるが，前々年度から問題の物品調達については，今年度も引き続き影響があるものと予想して，計画を構成する．また，計画の最終年度という，時間的制約も考慮し，本質的な部分に課題を集約することで目的の達成を目指す．
○ビーム径方向散乱解析
副課題2（径方向散乱に注目した変調効果時間変化の模擬実験解析）では，既設装置での模擬実験において，ビーム収束電極への電圧印加が強く影響する条件を見出しているが，この条件での粒子軌道計算の結果と整合しない．この原因は空間電荷の影響が強いためと予想しており，従来から進めてきた計算コードの拡張の方向が問題解決につながるものと考え，副課題4（模擬実験結果の数値解析）と集約して現象の解析を進める．（担当：［実験］竹野，中本［数値解析］竹野，宮澤，後藤）．
○疑似自励発振
副課題1（可変径大口径イオンビーム源の製作）は部品調達が整い，組立中である．この装置はビーム径方向散乱解析とも関係するが，変換器の実現により重要と考えられる，副課題3（疑似自励発振の実現と生起条件の解析）と課題を集約して模擬実験を進める．過去の実験で使用した装置の利用など，予算および時間の節約になる手段を駆使して効率的に進める．（担当：竹野，古川，中本）．
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