新型トレーサー内蔵ペレットで解明する高温プラズマ中の不純物輸送特性

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17KK0121
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 田村 直樹 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (80390631)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2022
• キーワード: プラズマ・核融合 / 炉心プラズマ / 不純物輸送 / トレーサー内蔵固体ペレット / TESPEL

研究実績の概要

本研究課題では、研究代表者が開発した、高温プラズマ中の不純物の動きを追跡するトレーサーを約1cmの範囲と極めて限定的に注入できる新型トレーサー内蔵固体ペレット（TESPEL）を用いて、磁場閉じ込め高温プラズマ中において不純物が取り得る分布パターンの形成メカニズムを明らかにすることを目的としている。特に、日本の核融合科学研究所の高温プラズマ閉じ込め実験装置、大型ヘリカル装置（LHD）単独では不可能なパラメーター依存性に関して、ドイツのマックスプランク・プラズマ物理研究所（IPP）のW7-X、スペインのエネルギー・環境・科学技術研究センター（Ciemat）のTJ-IIにおいても実験を実施することで、より包括的かつ体系的な知見を一気呵成に得ることを目的としている。
2021年度は、ドイツ・IPPのW7-Xでは2019年度から進められている装置の抜本的改造が未了のため、実験は実施されなかった。一方、スペイン・CiematのTJ-IIにおいては、プラズマ実験が再開された。残念ながら、2021年度は、2019年度終わりから始まったコロナ禍の影響が続いており、海外渡航が許される状況ではなかったため、スペイン・Ciematを訪問し、再開された実験に現地で参加することはできなかった。そこで、Web会議システムを駆使し、遠隔で実験に参加した。当実験では、2019年度にスペイン・Ciematを訪問し現地で実施した実験の際に、TESPEL入射装置に装填したままにしていたTESPELを使用した。これにより、初期的な実験データの補完を達成することができた。ドイツ・IPPのW7-Xでの実験データが不足していること、スペイン・CiematのTJ-IIに適したサイズの新型TESPELでの実験データがないことから、本研究課題の補助期間をさらに１年間延長する申請を行い、これが認められたところである。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

W7-Xにおいては、2022年度後半から実験キャンペーンの再開が予定されている。そのため、次実験キャンペーンにおいて実施すべき不純物輸送に関する研究課題について、議論が行われている。同議論は、Web会議システムを用いて行われていることから、遠隔で参加し、本研究課題を推進するための提案を行い、議論を行った。TJ-IIにおいては、同装置に適した外径の新型TESPELの開発を浜松ホトニクス株式会社と共同で進めている。遠隔ながらTJ-IIで実験を実施したなど幾つかの進展は見られたが、コロナ禍の影響により当初の予定通り計画が進んでいるとは言えないため、本研究は、やや遅れている、と判断した。

今後の研究の推進方策

W7-Xにおいては、次実験キャンペーンにおいて、本課題を完了するために必要なパラメーター領域において実験データを取得することを最優先で進める。そこで、コロナ禍が以前として続く現状においても、それを達成するために必要な準備、すなわち現地で実験に参加できない状況になった場合でもTESPELを用いた実験が実施できるような体制作りを進める。また、W7-Xにおいて使用許可の判断が必要のない不純物トレーサーを内包した新型TESPELの開発に取り組む。TJ-IIにおいては、浜松ホトニクス株式会社と共同で進めている同装置に適した外径の新型TESPELの開発を急ぎ、2022年度中に供与できるようにする。以上により、得られた成果について、前年度に引き続き、国内外で開催されるワークショップや学会に参加して報告し、本国際共同研究について外的評価を受ける。また、得られた成果をまとめて、コミュニティにおいて認知度の高い学術論文誌に投稿する。

研究成果

• [雑誌論文] The interpretation of magnetic activity associated with pellet injections into plasmas creasted in the stellarator TJ-II (2021)
  • 著者名/発表者名: K.J. McCarthy, E. Ascasibar, N. Tamura, N. Panadero, I. Garcia-Cortes, B. van Milligen, A. Cappa, R. Garcia, J. Hernandez-Sanchez, M. Liniers, G. Motojima, M. Navarro, I. Pastor and TJ-II team
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 ページ: 076014
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac04f6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First neutral beam experiments on Wendelstein 7-X (2021)
  • 著者名/発表者名: Samuel A. Lazerson, Oliver Ford, Simppa Akaslompolo, Sergey Bozhenkov, Christoph Slaby, Lilla Vano, Annabelle Spanier, Paul McNeely, Norbert Rust, Dirk Hartmann, Peter Poloskei, Birger Buttenschoen, Rainer Burhenn, Naoki Tamura, Rene Bussiahn, Thomas Wegner, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 ページ: 096008
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac121c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Impurity transport studies on Wendelstein 7-X by Tracer-Encapsulated Solid Pellets (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Bussiahn, N. Tamura, K.J. McCarthy, T. Andreeva, J. Brunner, B. Buttenschoen, A. Dinklage, B. Geiger, J. Geiger, G. Fuchert, A. Langenberg, N. Pablant, K. Rhabarnia, C. Swee, Th. Wegner and the W7-X team
  • 学会等名: 47th EPS Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [備考] Tracer pellets
  • URL: https://www.ipp.mpg.de/5029547/tespel
• [備考] Impuritry Pellet Injector (TESPEL)
  • URL: https://www.ipp.mpg.de/4622349/TESPEL
• [備考] Hollowing out pearls with watchmaker's tools
  • URL: https://www.euro-fusion.org/news/2021/february/hollowing-out-pearls-with-watchmakers-tools/