多次元輸送・流体計算による慣性核融合プラズマの核反応生成粒子効果の解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12680492
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 中尾 安幸 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (00164129)
• 研究分担者: 工藤 和彦 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (40039681) ; 小田 明範 八代工業高等専門学校, 助教授 (60224234) ; 城崎 知至 九州大学, 特別研究員(PD)
• キーワード: 慣性核融合 / 核反応生成粒子 / 流体力学的不安定性 / アルファ粒子加熱 / 2次元解析 / 輸送-流体結合計算 / 拡散近似 / 燃料利得

研究概要

本研究の目的は、爆縮の最終段階すなわち減速相で発生する流体不安定性と爆縮プラズマの点火・燃焼に対するアルファ粒子加熱効果の解明である。これに関し、本年度は以下の成果を得た。
1.アルファ粒子による加熱効果の多次元解析を目的として、Fokker-Planck方程式に基づく2次元の荷電粒子輸送コードを開発し、精度の検証を行った。この輸送コードは、アルファ粒子加熱効果を詳細に解析する際にはきわめて有用であるが、膨大な処理時間と記憶容量を必要とするため、爆縮から燃焼に至る全過程の計算には向かない。そこで拡散近似を取入れた2次元荷電粒子コードを開発し、その精度を検証するために、減速相の流体不安定性に対するアルファ粒子の効果、特に擾乱の時間発展に及ぼす影響を例にとり、拡散-流体結合計算と輸送-流体結合計算の両方で評価し比較を行った。その結果、Levermore-Pomraningの拡散係数を使用すれば、拡散コードでも十分な精度が保証されることが明らかになった。
2.2次元拡散-流体結合コードを用いて実用炉級D-T燃料球の点火・燃焼計算を行い、減速相における擾乱が燃料利得に及ぼす影響を評価した。プラズマの初期状態として準等圧の減速相を仮定し、点火部-主燃料部境界にモード数2〜12の正弦波状の擾乱を与えた。その結果、モード数4のときが燃料利得に対する影響は最も大きく、この場合炉成立条件として要求される1000以上の燃料利得を達成するためには、初期擾乱の振幅を点火部半径の5%以下に抑える必要があることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kuroki,Y.Nakao,T.Johzaki, et al.: "Energy and momentum deposition effect of alpha-particles in the stagnation phase of ICF plasmas"Proc. of 10 th Int.Conf on Emerging Nuclear Energy Systems. 507-514 (2000)
• [文献書誌] T.Johzaki,Y.Nakao,Y,Kuroki, et al.: "Two-dimensional diffusion code for calculating alpha-particle effects in ICF plasmas"Proc. of 10 th Int.Conf on Emerging Nuclear Energy Systems. 557-566 (2000)
• [文献書誌] T.Johzaki,Y.Nakao,Y.Kuroki: "Alpha-particle effect on Rayleigh-Taylor instability in stagnation phase"Proc. of IAEA TCM on Physics and Technology of Inertial Fusion Energy Target and Chambers . (発表予定).
• [文献書誌] T.Johzaki,Y.Kuroki,Y.Nakao: "Two-dimensional analysis of energy and momentum deposition effects of alpha-particles in ICF plasmas"Proc. of 18th IAEA Fusion Energy Conference. (発表予定).