| 研究課題/領域番号 |
15H04232
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
畑山 明聖 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10245607)
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| 研究分担者 |
宮本 賢治 鳴門教育大学, 大学院学校教育研究科, 准教授 (00532996)
林 伸彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部・那珂核融合研究所, 研究主幹 (10354573)
星野 一生 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部・六ヶ所核融合研究所, 研究員 (50513222)
深野 あづさ 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 教授 (90259838)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | プラズマ物理 / 核融合周辺プラズマ / ダイバータ / 中性粒子 / シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、核融合周辺プラズマを対象として、新しい運動論的数値シミュレーションモデルの構築を目的とする。とくに、ELM（Edge Localized Mode）による熱パルスに対するデタッチメントプラズマの動的応答の解析が可能となる新しい数値シミュレーションモデルの構築を目指す。その特徴は、①水素イオン、電子の運動量・エネルギー緩和過程の理解に加えて、②非平衡・非定常プラズマ中における水素原子・分子の衝突・輻射および輸送過程の理解、③不純物をも考慮した新しい多種粒子系核融合周辺プラズマの統合数値シミュレーションモデルの構築を目指す点にある。
上記、目的に対して本年度、主として従来、我々が開発してきた運動論的モデルを以下の点において改良し、高度化した。１）プラズマ輸送モデルの高度化：①粒子・運動量・エネルギーソースのモデル詳細化：デタッチメント状態に重要と考えられる水素イオンー電子の体積再結合、中性粒子との電荷交換、弾性衝突などをモデルに導入した。２）中性粒子輸送モデル：①非平衡プラズマ中の振動励起分子モデル化：従来、我々が熱平衡プラズマ（Maxwell分布）を対象として、開発した振動励起分子・輻射（CR）モデル/輸送モデルの非平衡プラズマ解析への改良を行い、非平衡分布を用いた速度係数の計算を可能とした。そのモデル妥当性検証のために、構築したモデルを水素負イオン源プラズマに適用し、実験結果との比較を行った。さらに、３）プラズマ輸送モデルと中性粒子輸送モデルとの統合化に着手した。以上により、熱パルスに対する周辺プラズマの動的応答特性解析の基盤構築がほぼ終了した。これに基づき、デタッチプラズマ形成における荷電交換反応、体積再結合反応過程の効果の基本理解を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題の目標である「核融合周辺プラズマを対象とした新しい運動論的数値シミュレーションモデルの構築を目的とする。とくに、ELM（Edge Localized Mode）による熱パルスに対するデタッチメントプラズマの動的応答の解析が可能となる新しい数値シミュレーションモデルの構築」に向けて、今年度、ほぼ当初の第一ステップを終了し、計画は順調に進展している。また、個々の構成モデルの妥当性検証に向けて、水素負イオン源装置、直線型核融合プラズマ実験装置における実験との比較にも着手している。
また、昨年度は合計４回にわたって研究集会および研究作業会を行い、日本原子力研究開発機構（ＪＡＥＡ：現ＱＳＴ）、核融合科学研究所（ＮＩＦＳ）などの研究分担者、研究協力者との議論、情報交換を行い、広く国内の研究者の協力の下で、本研究課題の推進を行ってきた。とくに、9月に行った研究集会には、外国人研究者（ITER機構、マックスプランクプラズマ物理研究所、中国科学院合肥プラズマ研究所など）も参加し、ＥＬＭに対する従来の流体モデルと本研究課題で開発中の運動論的粒子モデルとの国際的な比較の基盤の構築も行うことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
上に述べたように計画は、概ね順調に推移していると考えられる。今後も申請書の計画に従い、ELM（Edge Localized Mode）による熱パルスに対するデタッチメントプラズマの動的応答の解析が可能となる新しい数値シミュレーションモデルの構築を目指す。とくに、今年度は、１）従来、我々が非平衡水素プラズマを対象として、開発してきた運動論的プラズマ輸送モデルおよび中性粒子輸送モデルの高度化・統合化とそれに基づくＥＬＭに対するデタッチメントプラズマの応答特性の基本的理解の継続と、２）水素以外の不純物種をも含む多種粒子系へのモデルの拡張・統合化に着手する。
そのため、炉心プラズマ周辺部のモデル化、固体壁との相互作用モデル化、原子・分子データ整備の観点で専門家の分担・協力を仰ぐ。さらに、負イオン源プラズマ装置、直線型核融合実験装置の実験研究者との連携によるモデル妥当性検証、従来の流体モデルとのベンチマークテストなども行い、目標達成を目指す。とくに、7月にはプラズマ-固体壁相互作用のモデル高度化のための研究集会を企画する。また、昨年度開発してきた振動励起分子を含む中性粒子ＣＲモデルのさらなる妥当性検証のため欧州原子核機構（ＣＥＲＮ）やアウグスブルグ大学のＲＦ負イオン源プラズマ装置における実験との比較も計画している。
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