第一原理的大域シミュレーションによる核燃焼プラズマの乱流輸送と分布形成の研究

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14899
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 仲田 資季 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40709440)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 燃焼プラズマ / 乱流輸送 / ゾーナルフロー / 連成大域計算 / 同位体効果

研究成果の概要

本研究は、核融合燃焼の定常維持において本質的となる多粒子種プラズマにおける乱流輸送・分布形成特性を解析することを目的とする。一連の研究から、(1)乱流輸送に対するイオン質量が与える影響(同位体効果)、(2)ゾーナルフロー生成に対する磁場構造依存性、(3)LHD実験における同位体混合プラズマに対する微視的不安定性解析、(4)トカマクプラズマに対する高精度縮約乱流輸送モデルの構築、(5)連成シミュレーションの高効率化などの新たな知見を含む成果が得られた。これらは、巨視的輸送方程式系と局所ジャイロ運動論方程式の連成計算モデルから成る連成大域乱流輸送コードの開発・拡張の基盤的な成果を成す。

自由記述の分野

プラズマ物理

研究成果の学術的意義や社会的意義

国際熱核融合実験炉(ITER)において核燃焼プラズマを達成し、その後の原型炉で持続的な核融合出力を実現するためには、電子や燃料イオン(D:重水素, T:三重水素)の温度分布に加え、各々の燃料イオン密度やHe灰分布、不純物分布等を高い精度で計測しつつ分布/加熱制御を確立することが不可欠となる。本研究によって、これらに対するいくつかの基盤的な知見が創出されている。特に、乱流輸送に関する同位体効果は40年以上にわたる未解決問題であり、その全容解明に資する理論的知見が得られた点や実験による検証が進展している点は、核融合科学・プラズマ物理学の進展に大きく貢献している。