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2018 年度 実施状況報告書

重相構造プラズマにおけるエネルギー輸送過程と機能制御

研究課題

研究課題/領域番号 17K05732
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

菊池 祐介  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00433326)

研究分担者 伊庭野 健造  大阪大学, 工学研究科, 助教 (80647470)
永田 正義  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00192237)
福本 直之  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90275305)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード重相構造プラズマ / 蒸気遮蔽 / ELM / ダイバータ
研究実績の概要

平成30年度は高熱流パルスプラズマがアルミニウム被膜付きタングステン試料に照射されたときの蒸気層形成と熱緩衝効果に関するPICシミュレーションを行い、実験結果との比較ならびにITERにおける蒸気遮蔽効果の予測を示した。ITER第一壁のベリリウムがタングステンダイバータ上に堆積することで、蒸気遮蔽効果が発現することも明らかにした。また、壁近傍におけるシース形成を考慮することで、正確にプラズマー材料間の熱伝達を解析できることも示した。その結果、ELMエネルギーとパルス数に対するダイバータ寿命予測に対して、蒸気遮蔽効果を定量的に明らかにした。これらの成果はNuclear Fusion誌に学術論文としてまとめられ、核融合科学研究所における研究会において招待講演を行う等を行った。一方、ELMエネルギーが低い場合には、蒸気量が少なく、エネルギー反射率の小さい堆積層がタングステン上にあることで、吸収エネルギーが低くなることも明らかにされた。
さらに、準大気圧ヘリウムアークプラズマ照射装置を開発し、ガス圧力80 kPaにてヘリウムアークプラズマを生成することに成功し、従来の低ガス圧プラズマを用いた直線型ダイバータプラズマ模擬装置に比べて1桁以上高いイオン粒子束が得られ、新しい高熱流ヘリウムプラズマ照射装置としての可能性を示した。さらにタングステン電極からのタングステン蒸発とプラズマの相互作用に関する研究に発展させることができた。

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

新しい高熱流プラズマ照射実験装置として準大気圧ヘリウムアークプラズマ装置を開発した。プラズマ源としてアーク放電を採用することで定常高熱流プラズマ生成を実現し、電子密度6.7x10^20 m^-3が得られた。タングステン電極からのタングステン蒸気とプラズマならびに材料の相互作用研究に発展させることができた。また、理論シミュレーション研究も進展し、蒸気遮蔽効果に関して国際論文誌への論文掲載や招待講演等を行うことができた。

今後の研究の推進方策

開発している準大気圧ヘリウムアークプラズマ装置を交流放電から直流放電にし、材料照射実験結果が理解しやすい実験環境を構築する。分光器ならびに高速カメラを用いてタングステン蒸気の時空間構造の観測と材料試料へ堆積するタングステンナノ構造形成やヘリウムとタングステンの相互作用(バブルや繊維状ナノ構造形成)を明らかにする。また、蒸気遮蔽効果のPICシミュレーション研究とも比較検証していく。得られた成果を国際会議、国内学会にて発表し、査読付き論文として成果をまとめる。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Increased Energy Absorption into W due to the Metal Deposited Layer froman ELM-like Pulsed Plasma2019

    • 著者名/発表者名
      T. Nakamori, N. Ohno, H. Tanaka, S. Kajita, Y. Kikuchi, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 14 ページ: 1401051 (5pp)

    • DOI

      10.1585/pfr.14.1401051

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of suppressed erosion by vapor shielding at Be and W walls under transient loads2019

    • 著者名/発表者名
      K. Ibano, Y. Kikuchi, S. Togo, Y. Ueda, T. Takizuka
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ab0977

    • 査読あり
  • [学会発表] 準大気圧ヘリウムプラズマ照射による繊維状ナノ構造形成2019

    • 著者名/発表者名
      菊池祐介,奥村卓也,門脇和正,青田達也,前中志郎,藤田和宣,高村秀一
    • 学会等名
      平成30年度核融合炉開発に向けたPWIマルチスケールモデリングに関する研究会
  • [学会発表] Suppression of wall erosion by vapor shielding at low-Z and high-Z walls2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ibano, Y. Kikuchi, A. Tanaka, S. Togo, Y. Ueda, T. Takizuka
    • 学会等名
      23rd International Conference on Plasma Surface Interactions inControlled Fusion Devices
    • 国際学会
  • [学会発表] Sheath dynamics during the vapor shielding at a plasma-facing wall2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ibano, Y. Kikuchi, A. Tanaka, S. Togo, H.T. Lee, Y. Ueda, T. Takizuka
    • 学会等名
      60th Annual Meeting of the Divisionof Plasma Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] 準大気圧定常ヘリウムアーク放電プラズマ照射によるタングステンの表面ナノ構造形成2018

    • 著者名/発表者名
      奥村 卓也, 菊池 祐介, 青田 達也, 前中 志郎, 藤田 和宣, 高村 秀一
    • 学会等名
      平成30年電気学会全国大会
  • [学会発表] 準大気圧ヘリウムアーク放電プラズマ照射による繊維状ナノ構造タングステンの形成2018

    • 著者名/発表者名
      奥村 卓也, 菊池 祐介, 青田 達也, 前中 志郎, 藤田 和宣, 高村 秀一
    • 学会等名
      第12回核融合エネルギー連合講演会
  • [学会発表] アルミニウム堆積層がタングステン材へのパルスプラズマ熱流入に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      中森 貴也,稲垣 翔平,大野 哲靖, 梶田 信,田中 宏彦,菊池 祐介,秋山 毅志
    • 学会等名
      第12回核融合エネルギー連合講演会
  • [学会発表] 準大気圧アーク放電プラズマ照射による繊維状ナノ構造タングステンの形成2018

    • 著者名/発表者名
      菊池 祐介
    • 学会等名
      平成30年度第1回「境界プラズマ挙動の理解と異分野融合による新展開」研究会
  • [学会発表] 準大気圧定常ヘリウムアーク放電プラズマの特性評価(II)2018

    • 著者名/発表者名
      奥村 卓也, 菊池 祐介, 青田 達也, 前中 志郎, 藤田 和宣, 高村 秀一
    • 学会等名
      平成30年電気学会A部門大会
  • [学会発表] 準大気圧定常ヘリウムアークプラズマ照射によるタングステン表面ナノ構造の試料温度特性2018

    • 著者名/発表者名
      奥村 卓也, 菊池 祐介, 青田 達也, 前中 志郎, 藤田 和宣, 高村 秀一
    • 学会等名
      第35回プラズマ・核融合学会年会
  • [学会発表] 融点近傍におけるアルミニウムへのパルスプラズマ照射効果2018

    • 著者名/発表者名
      中森貴也,細川直希,大野哲靖,田中宏彦,梶田信,菊池祐介,秋山毅志
    • 学会等名
      第35回プラズマ・核融合学会年会
  • [学会発表] 高熱流パルスプラズマと材料相互作用における蒸気遮蔽効果2018

    • 著者名/発表者名
      菊池 祐介
    • 学会等名
      「原子分子過程研究と受動・能動分光計測の高度化のシナジー効果によるプラズマ科学の展開」研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 準大気圧アーク放電プラズマ照射による繊維状ナノ構造タングステンの形成:試料温度特性と今後の計画2018

    • 著者名/発表者名
      菊池 祐介
    • 学会等名
      平成30年度第2回「境界プラズマ挙動の理解と異分野融合による新展開」研究会

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公開日: 2019-12-27  

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