長時間プラズマ・壁相互作用時の壁飽和と壁再排気の機構解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13680569
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 坂本 瑞樹 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (30235189)
• 研究分担者: 花田 和明 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (30222219) ; 図子 秀樹 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (20127096) ; 中村 一男 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (30117189) ; 長谷川 真 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (00325482) ; 上瀧 恵里子 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (40211297)
• キーワード: プラズマ / プラズマ・壁相互作用 / 壁排気 / 壁飽和 / Hα線計測 / 長時間放電

研究概要

核融合炉実現のための課題のひとつにプラズマの長時間定常維持がある。この長時間定常プラズマ維持のためには、水素リサイクリングの理解が重要である。これまでの研究において、長時間放電中に壁が飽和と再排気(吸蔵)が繰り返す現象が観測されている。この機構解明のために研究計画に従い、Hα線強度の空間分布を測定する可視分光システムを製作するとともに、3次元中性粒子輸送コードDEGASを導入し、超伝導トカマクTRIAM-1Mの形状に合うようにメッシュモデルを構築した。
TRIAM-1Mで達成された世界最長の放電時間である190分放電において、今回製作した可視分光システムを用いて、Hα線強度のトロイダル方向分布を測定した。この放電においては、放電開始後約30分からHα線強度が自発的に増加し、密度制御のための外部からのガス供給が自動的に停止され、プラズマは壁からのリサイクリング粒子のみにより密度を維持している。Hα線強度のトロイダル方向分布の測定結果から、ポロイダルリミター部でのHα線強度はポロイダルリミターの無い所に比べ約2倍高いことが明らかとなった。また、このトロイダル方向分布から、壁からの水素リサイクリングはポロイダルリミター部以外ではほぼ一様であることが示唆された。
さらに定常状態におけるHα線強度のポロイダル方向分布を測定し、この結果を3次元中性粒子輸送コードDEGASにてシミュレーションした。入力データとなるプラズマ密度はこれまでに測定された典型的な分布を用い、イオンと電子の温度分布はパラボラ分布と仮定した。テスト粒子を真空容器壁からほぼ一様に放出させた場合、実験結果と概ね一致する結果を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] M.Sakamoto et al.: "Recycling and wall pumping in long duration discharges on TRIAM-1M"Nuclear Fusion. 42・2. 165-168 (2002)
• [文献書誌] M.Sakamoto et al.: "Wall recycling on the superconducting tokamak TRIAM-1M"Journal of Plasma and Fusion Research. 78・1. 52-58 (2002)
• [文献書誌] K.Hanada et al.: "Enhanced current drive efficiency in a long discharge on TRIAM-1M"Nuclear Fusion. 41・11. 1539-1542 (2001)
• [文献書誌] H.Zushi et al.: "Steady State experiments on current profile control and long sustainment of high performance LHCD plasmas on the superconducting tokamak TRIAM-1M"Nuclear Fusion. 41・10. 1483-1493 (2001)