ダイバータの最適化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11210205
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 大藪 修義 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (60203949)
• 研究分担者: 森崎 友宏 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (60280591) ; 増崎 貴 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (80280593) ; 中村 幸男 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (40136560) ; 舟場 久芳 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (40300727) ; 鈴木 肇 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (20260044)
• キーワード: 核融合 / ダイバータ / ヘリオトロン / メンブレンポンプ / 超透過性 / ニオブ / 水素排気

研究概要

本研究はLHDおよびUragan-3Mにおける実験研究を通して、定常核融合炉実現に向けたダイバータ最適化の指針を得ることを目的とし、(a)ダイバータ領域におけるプラズマ及び中性粒子計測によりヘリオトロン/トルサトロン型装置でのダイバータ特性を明らかにし、(b)高効率水素排気装置(メンブレンポンプ)の開発とLHDへの適用を行うものである。
(a)については、Uragan-3M及びLHDにおいてダイバータへの熱・粒子束分布が計測され,粒子制御に最適なダイバータ構造検討に欠かせないデータベースが構築されつつある。粒子束分布は概ね計算による予測と一致するが、Uragan-3Mにおいては、熱・粒子束の大きな上下非対称性が観測されている。この非対称性は,磁場の向きを逆転すると変化することから,B×∇Bドリフトが関与していると考えられる.また高エネルギー粒子損失との相関も観測されており,実験及び計算の両面から解明を進めている.ダイバータへの熱流束の非対称性はLHD及びHeliotron-Eにおいても観測されている.
(b)についてはこれまでダイバータプラズマ環境下での問題点(高粒子束、粒子衝撃、不純物堆積、長時間運転等)を調査し、核融合装置での原理検証も実施し、有効な粒子排気性能を明らかにしてきた。最近の主要な成果としては、メンブレンの水素超透過性能を維持するための高エネルギー粒子による粒子衝撃に対する耐性強化法の発見である。これはメンブレン表面への非金属元素(例えば酸素)の偏析が金属炭化層(NbC)によって大きく妨げられるという実験事実の発見に基づいている。実際に、金属炭化層の除去が粒子衝撃(粒子エネルギー1keVまで)に対する耐性強化に大きく貢献していることが明らかになった。一方、ニオブパネルの水素吸蔵性能に関する基礎実験ではパネル表面での再結合係数を実験的に求め、パネルポンプとしての性能評価を精度よく行うことが出来るようになり、実機への適用性に明るい見通しが得られた。

研究成果

• [文献書誌] N.Ohyabu: "Edge Thermal Transport Barrier in LHD Discharges"Physical Review Letters. 84巻. 103-106 (2000)
• [文献書誌] Y.Nakamura: "Nb interaction with hydrogen plasma"Journal of Applied Physics. 89巻. 760-766 (2001)
• [文献書誌] A.Busnyuk: "Membrane bias effects on plasma-driven permeation of hydrogen through niobium membrane"Journal of Nuclear Materials. 290-293巻. 57-60 (2001)
• [文献書誌] Y.Nakamura: "Particle balance in NBI heated long pulse discharges on LHD"Journal of Nuclear Materials. 290-293巻. 1040-1044 (2001)
• [文献書誌] S.Masuzaki: "Review of initial experimental results of the PSI studies in the Large Helical Device"Journal of Nuclear Materials. 290-293巻. 12-16 (2001)
• [文献書誌] T.Morisaki: "Effect of magnetic ergodicity on edge plasma structure and divertor flux distribution in LHD"Contributions to Plasma Physics. 42巻. 321-326 (2002)
• [文献書誌] N.Ohyabu: "Island Dynamics in the Large-Helical-Device Plasmas"Physical Review Letters. 88巻. 055005-1-055005-4 (2002)
• [文献書誌] N.Ohyabu: "Edge transport barrier and Te-profile stiffness in LHD"Plasma Physics and Controlled Fusion. 44巻. A211-A216 (2002)
• [文献書誌] H.Funaba: "Improvement of Neoclassical Ion Thermal Transport near the Plasma Edge in the Electron Root Regime on LHD"Plasma Physics and Controlled Fusion. 44巻. A183-A187 (2002)
• [文献書誌] S.Masuzaki: "The divertor plasma characteristics in the Large Helical Device"Nuclear Fusion. 42巻. 750-758 (2002)
• [文献書誌] S.Masuzaki: "Helical divertor and the local island divertor in the Large Helical Device"Plasma Physics and Controlled Fusion. 44巻. 795-809 (2002)
• [文献書誌] H.Suzuki: "Behavior of Helium Gas in the LHD Vacuum Chamber"Journal of Nuclear Materials. 313-316巻. 297-301 (2003)