核融合プラズマの自律系における粒子供給による制御性に関する研究

• 研究課題/領域番号: 26420863
• 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: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2016-2017); 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2014-2015)
• 研究代表者: 竹永 秀信 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 核融合エネルギー研究開発部門, 室長代理(定常) (60354601)
• 研究分担者: 吉田 麻衣子 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (20391261) ; 坂本 宜照 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, グループリーダー(定常) (30354583)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 核融合 / 炉心プラズマ / 燃料供給 / ガスジェット / CIP法 / 粒子バランス / コールドパルス / トロイダル回転速度 / ＣＩＰ法 / 燃料供給シナリオ

研究成果の概要

核融合炉での燃料供給の最適化のため、ガスジェット入射のモデリング及び入射時のプラズマ応答特性解析を行った。モデリングに関しては、ＣＩＰ法を用いた３次元流体方程式を解くプログラムを整備し、高密度低温度の物体を入射した時の拡散の様子を詳細に捉えた。応答特性に関しては、JT-60の内部輸送障壁を有する弱磁気シアプラズマにおける、入射時のイオン温度の時間変化を解析した。その結果、内部輸送障壁の内側では入射前の熱伝導係数を２０％程度増加させ、外側の周辺領域では５％程度低下させた場合に実験結果をよく再現した。トロイダル回転速度にも変化が観測されたが、イオン温度に比べて速く元の状態へ戻ることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Gyrokinetic modelling of the quasilinear particle flux for plasmas with neutral-beam fuelling (2018)
  • 著者名/発表者名: Narita E., Honda M., Nakata M., Yoshida M., Takenaga H., Hayashi N.
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 60 号: 2 ページ: 025027-025027
  • DOI: 10.1088/1361-6587/aaa02d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conceptual design study of pellet fueling system for DEMO (2017)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga S.、Matsuyama A.、Someya Y.、Utoh H.、Sakamoto Y.、Asakura N.、Tobita K.
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 123 ページ: 620-623
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2017.02.079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic shear effects on plasma transport and turbulence at high electron to ion temperature ratio in DIII-D and JT-60U plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, G. R. McKee, M. Murakami, B. A. Grierson, M. Nakata, E. M. Davis, A. Marinoni, M. Ono, T. L. Rhodes, C. Sung, L. Schmitz, C. C. Petty9, J.R. Ferron, F. Turco, A. M. Garofalo, C. T. Holcomb, C. M. Collins, W. M. Solomon
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 5 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa611e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of toroidal rotation shear and magnetic shear on thermal and particle transport in plasmas with electron cyclotron heating on JT-60U (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, M. Honda, E. Narita, N. Hayashi, H. Urano, M. Nakata, N. Miyato, H. Takenaga, S. Ide and Y. Kamada
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 号: 7 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/7/073014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 核融合炉での粒子制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹永秀信
  • 学会等名: 第１回核融合原型炉の比較検討に関するシンポジウム
• [学会発表] トカマクの原型炉設計 現状と重要課題 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂本宜照
  • 学会等名: 第１回核融合原型炉の比較検討に関するシンポジウム
• [学会発表] Development of the particle transport model based on gyrokinetic analysis of JT-60U tokamak plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: E. Narita, M. Honda, M. Nakata, M. Yoshida, H. Takenaga and N. Hayashi
  • 学会等名: US-Japan JIFT workshop
  • 国際学会
• [学会発表] ジャイロ運動論に基づく準線形粒子輸送モデルを用いた密度分布制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 成田絵美、本多充、仲田資季、吉田麻衣子、竹永秀信、林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] JT-60Uにおける密度分布形成機構のジャイロ運動論解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 成田絵美、本多充、吉田麻衣子、仲田資季、竹永秀信、林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪府吹田市 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 原型炉に向けた核融合研究開発の課題と展望 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹永秀信
  • 学会等名: 第20回若手科学者によるプラズマ研究会
  • 発表場所: 茨城県那珂市 那珂核融合研究所
  • 年月日: 2017-03-06
• [学会発表] トカマク粒子制御研究に関するコメント (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹永秀信
  • 学会等名: 第４回原型炉運転制御に関するシンポジウム
  • 発表場所: 岐阜県土岐市 核融合科学研究所
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] ダイバータ・SOL・周辺プラズマの粒子輸送 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹永秀信
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
• [学会発表] トカマク系の運転制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂本宜照
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
• [学会発表] 原型炉概念構築に向けた主要パラメータの検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂本宜照、日渡良爾、染谷洋二、朝倉伸幸、宇藤裕康、中村誠、徳永晋介、本間裕貴、三善悠矢、飛田健次、原型炉設計合同特別チーム
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会年会(第33回）
  • 発表場所: 宮城県仙台市 東北大学青葉山キャンパス
  • 年月日: 2016-11-29
• [学会発表] Physics Approach to Forecasting DEMO Plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakamoto, K. Tobita, N. Asakura, R. Hiwatari, Y. Someya, H. Utoh, S. Tokunaga, Y. Homma, N. Hayashi, S. Ide, Joint special design team for DEMO
  • 学会等名: 4th IAEA DEMO Programme Workshop
  • 発表場所: Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2016-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic shear effects on plasma transport and turbulence at high electron to ion temperature ratio in DIII-D and JT-60U plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, G. R. McKee, M. Murakami, C. M. Collins, E. M. Davis, J. R. Ferron, A. M. Garofalo, B. A. Grierson, C. T. Holcomb, A. Marinoni, M. Nakata, M. Ono, C. C. Petty, T. L. Rhodes, L. Schmitz, W. M. Solomon, C. Sung, F. Turco
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: 京都府京都市 国立京都国際会館
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Progress of DEMO physics design study in Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakamoto, H. Utoh, H. Takase, K. Hoshino, N. Asakura, T. Wakatsuki, S. Tokunaga, Y. Homma, N. Aiba, A. Matsuyama, N. Hayashi, S. Ide, K. Tobita and Joint Special Design Team for Fusion DEMO
  • 学会等名: 29th Symposium on Fusion Technology
  • 発表場所: the Prague Congress Centre, Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマの密度限界 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹永秀信
  • 学会等名: 第３回運転制御に関するシンポジウム
  • 発表場所: 核融合科学研究所（岐阜県、土岐市）
  • 年月日: 2016-02-18
• [学会発表] Integrated design study for DEMO concept definition (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakamoto, K. Tobita, H. Utoh, N. Asakura, Y. Someya, K. Hoshino, M. Nakamura, S. Tokunaga and the DEMO Design Team
  • 学会等名: 3rd IAEA DEMO Programme Workshop
  • 発表場所: Hefei, China
  • 年月日: 2015-05-11
• [学会発表] トカマクの中性粒子密度とプラズマ密度 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹永秀信
  • 学会等名: 第2回原型炉の運転制御に関するシンポジウム
  • 発表場所: 土岐市（核融合科学研究所）
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] Response of ion and electron temperatures, electron density and toroidal rotation to electron cyclotron heating in JT-60U (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, M. Honda, M. Nakata, E. Narita, H. Urano, T. Kobayashi, N. Miyato, N. Hayashi, H. Takenaga, S. Ide and Y. Kamada
  • 学会等名: 25th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: St. Petersburg, Russian Federation
  • 年月日: 2014-10-13 – 2014-10-18