ストキャスティック磁場による高Z不純物遮蔽の定量評価と輸送モデルの検証

• 研究課題/領域番号: 25420893
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 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: 小林 政弘 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30399307)
• 連携研究者: 森田 繁 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80174423) ; 後藤 基志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00290916) ; 河村 学思 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70509520) ; ダイ シュウユウ 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 特任研究員 (50754686)
• 研究協力者: ファン ユウヘ マックスプランク研究所, 上級研究員 ; シュウ ユンホン 西南物理研究所, 西南物理研究所, 教授 ; ドン チュンファン 西南物理研究所, 准教授 ; シュミッツ オリバー ウィスコンシン大学, 准教授 ; コレー ヤン カダラッシュ研究所
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2013年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 核融合 / ストキャスティック磁場 / 不純物輸送 / 分光計測 / 数値シミュレーション / 磁場閉じ込め核融合 / 高Z不純物 / 国際研究者交流 / アメリカ：ドイツ / 高Ｚ不純物 / 可視分光計測 / 国際研究者交流 ドイツ、アメリカ

研究成果の概要

ストキャスティック磁場領域における高Z(高原子番号)不純物の振る舞いについて以下の成果を得た。原子番号が大きく異なる(Z=2,6,26)不純物(ヘリウム、炭素、鉄)に対して遮蔽効果があることがわかった。現行の輸送モデルでは、不純物の輸送係数は背景プラズマに比べて３～４倍程度大きな値が必要である。モデルが実験結果を再現するためには第一壁からの不純物発生量として、全体の10％程度を考慮する必要がある。装置間で比較を行った結果、不純物遮蔽が起こる場合には、ストキャスティック層の厚みが不純物の侵入長に比べて10倍以上大きくなっている。不純物の流れの分布を計測し、磁力線構造との相関を得ることに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] 西南物理研究所(中国)
• [国際共同研究] ウィスコンシン大学(米国)
• [国際共同研究] カダラッシュ研究所(フランス)
• [雑誌論文] Estimation of Partial Carbon Radiation at Each Ionization Stage of C2+ to C5+ Ions in Large Helical Device (2016)
  • 著者名/発表者名: H.M.Zhang, S.Morita, T.Oishi, M.Kobayashi, M.Goto, X.L.Huang
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 11 号: 0 ページ: 3402038-3402038
  • DOI: 10.1585/pfr.10.3402038
  • NAID: 130005302924
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamics of three-dimensional radiative structures during RMP assisted detached plasmas on the large helical device and its comparison with EMC3-EIRENE modeling (2016)
  • 著者名/発表者名: Shwetang N. Pandya, Byron J. Peterson, Masahiro Kobayashi, Katsumi Ida, Kiyofumi Mukai, Ryuichi Sano, Junichi Miyazawa, Hirohiko Tanaka, Suguru Masuzaki, Tsuyoshi Akiyama, Gen Motojima, Noriyasu Ohno, LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 56 号: 4 ページ: 046002-046002
  • DOI: 10.1088/0029-5515/56/4/046002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] EMC3-EIRENE modelling of edge impurity transport in the stochastic layer of the Large Helical Device compared with extreme ultraviolet emission measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Dai, M. Kobayashi, G. Kawamura, S. Morita, H. M. Zhang, T. Oishi, Y. Feng, D. Z. Wang, Y. Suzuki and the LHD Experimental Group
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 56 号: 6 ページ: 066005-066005
  • DOI: 10.1088/0029-5515/56/6/066005
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] EMC3-EIRENE simulation of impurity transport in comparison with EUV emission measurements in the stochastic layer of LHD: Effects of force balance and transport coefficients (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Y. Dai, M. Kobayashi, G. Kawamura, S. Morita, T. Oishi, H. M. Zhang, X. L. Huang, Y. Feng, D. Z. Wang, Y. Suzuki, the LHD experiment group
  • 雑誌名: Contributions to Plasma Physics 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact of 3D magnetic field structure on boundary and divertor plasmas in stellarator/heliotron devices (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Feng, Y. Xu, F.L. Tabares, K. Ida, O. Schmitz, T.E. Evans, H. Frerichs, Y. Liang, A. Bader, K. Itoh, H. Yamada, Ph. Ghendrih, G. Ciraolo, D. Tafalla, A. Lopez-Fraguas, H.Y. Guo, Z.Y. Cui, D. Reiter, N. Asakura, U. Wenzel, S. Morita, N. Ohno, B.J. Peterson and S. Masuzaki
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 463 ページ: 2-10
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2015.01.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 3D effects of edge magnetic field configuration on divertor/scrape-off layer transport and optimization possibilities for a future reactor (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Xu, K. Ida, Y. Corre, Y. Feng, O. Schmitz, H. Frerichs, F.L. Tabares, T.E. Evans, J.W. Coenen, Y. Liang, A. Bader, K. Itoh, H. Yamada, Ph. Ghendrih, G. Ciraolo, D. Tafalla, A. Lopez-Fraguas, H.Y. Guo, Z.Y. Cui, D. Reiter, N. Asakura, U. Wenzel, S. Morita, N. Ohno, B.J. Peterson and S. Masuzaki
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 号: 10 ページ: 104021-104021
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/10/104021
  • NAID: 120007116721
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of neutral hydrogen on edge impurity behavior in stochastic magnetic field layer of Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Morita, M.Kobayashi, T.Oishi, H.M.Zhang, M.Goto, Z.Y.Cui, C.F.Dong, L.Q.Hu, X.L.Huang, G.Kawamura, S.Masuzaki, I.Murakami, E.H.Wang
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 463 ページ: 644-648
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2014.12.055
  • NAID: 120007132207
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Benchmark of Monte Carlo Scheme of EMC3 Dealing with Non-Uniform Cross-Field Transport Coefficients and Implementation in LHD (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Feng, I. Yamada, H. Hayashi, and G. Kawamura
  • 雑誌名: Contributions to Plasma Physics 巻: 54 号: 4-6 ページ: 383-387
  • DOI: 10.1002/ctpp.201410015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impurity shielding criteria for steady state hydrogen plasmas in the LHD, a heliotron-type device (2014)
  • 著者名/発表者名: Y Nakamura, M Kobayashi, S Yoshimura, N Tamura, M Yoshinuma,K Tanaka, C Suzuki, B J Peterson, R Sakamoto, T Morisaki, the LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 56 号: 7 ページ: 075014-075014
  • DOI: 10.1088/0741-3335/56/7/075014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-dimensional study of edge impurity transport in the Large Helical Device (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Morita, E.H.Wang, C.F.Dong, T.Oishi, M.Goto, X.L.Huang
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 56 号: 9 ページ: 094007-094007
  • DOI: 10.1088/0741-3335/56/9/094007
  • 査読あり
• [学会発表] Relation between hydrogen/impurity emission distributions and stochastic magnetic field structure in LHD (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林政弘、森田繁、後藤基志、佐野竜一、ピーターソン・バイロン、ＬＨＤ実験グループ
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会 年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス･豊田講堂
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] Relation between impurity/hydrogen emissions and edge stochastic magnetic structure at detachment transition observed in LHD divertor region (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, S. Morita, M. Goto, R. Sano, B.J. Peterson, the LHD experiment group
  • 学会等名: 20th International Stellarator-Heliotron Workshop
  • 発表場所: Greifswald, Germany
  • 年月日: 2015-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of stochastic magnetic boundaries on divertor optimizations (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi
  • 学会等名: 1st IAEA Technical Meeting on Divertor Concepts
  • 発表場所: IAEA Headquarters, Vienna, Austria
  • 年月日: 2015-09-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transport and exhaust in helical divertors (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, S. Masuzaki, G. Motojima, M. Tokitani, M. Shoji, H. Tanaka, T. Morisaki, the LHD experiment group
  • 学会等名: 597th Wilhelm and Else Heraeus Seminar, Stochasticity in Fusion Plasmas
  • 発表場所: Physikzentrum Bad Honnef, Germany
  • 年月日: 2015-09-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 2D visible imaging spectrometer for divertor plasma in LHD (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林政弘、森田繁、後藤基志、LHD実験グループ
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第31回年会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ, 新潟
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] Benchmark of Monte Carlo scheme of EMC3 dealing with non-uniform cross-field transport coefficients and implementation in LHD (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Feng, I. Yamada, H. Hayashi and G. Kawamura
  • 学会等名: 14th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
  • 発表場所: Cracow, Poland
• [学会発表] LHDにおける周辺部ストキャスティック領域の水素・不純物発光の2次元可視分光計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小林政弘、森田繁、後藤基志、LHD実験グループ
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会 第30回年会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス
• [学会発表] Two-dimensional study of edge impurity transport in LHD (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Morita, M.Kobayashi, 他９名
  • 学会等名: Joint 19th ISHW and 16th RFP workshop
  • 発表場所: Padova, Italy