• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実績報告書

3次元磁場効果による安定なダイバータデタッチメントとコアプラズマ性能の両立

研究課題

研究課題/領域番号 19H01878
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

小林 政弘  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30399307)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード3次元磁場構造 / 熱的不安定性 / プラズマ放射冷却 / 乱流伝播 / 輸送障壁
研究実績の概要

周辺磁気島を形成した場合に、ダイバータデタッチメント時に発現する閉じ込め改善モードについて、重水素と軽水素プラズマで比較を進めた結果、重水素プラズマにおいてより高い放射損失と高い閉じ込め性能を同時に両立できることが明らかになった。また、閉じ込め改善時に観測される閉じ込め領域からの不純物多荷イオンの掃き出しも重水素においてより顕著であることが確認された。
周辺部の放射冷却が進行すると、周辺部の輸送障壁が劣化する様子が実験で確認された。このとき、MHD不安定性に起因する乱流が静電場乱流に匹敵する程度に上昇していることがデータ解析から分かった。
閉じ込め改善モード時に形成される周辺部輸送障壁において、圧力勾配によって励起されるMHD揺動が、乱流伝播を引き起こすことを新たに発見した。乱流が閉じ込め領域の外側へ伝播した結果、ダイバータ板での熱負荷分布を広域化して、ピーク熱負荷を3~4分の1に低減することが明らかになった。これは不純物多荷イオンによる放射冷却に替わる新たな熱負荷軽減手法となり得るものとして期待できる。
以上の成果は、装置壁の熱負荷低減と高い閉じ込め性能を両立するための3次元磁場構造の役割を理解する上で重要な知見と理解の深化をもたらすものである。
周辺部に同様の磁気島構造を有するステラレータ装置W7-Xとの比較を進めるため、ドイツのマックスプランク研究所を訪問し、詳細な打ち合わせを行った。LHDとW7-Xの比較を行うための実験提案を行い、数値シミュレーションに着手した。
放射損失量を入力パラメータとし、不純物の導入量と電子サイクロトロン加熱を制御ノブとしてデタッチメント放電をフィードバック制御するシステムを新たに立ち上げた。本システムによる実験を行い、周辺磁気島が無い場合にも安定なデタッチメント運転ができることを実証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナウイルスの世界的な流行により、海外からの研究者の招聘が困難になったため。

今後の研究の推進方策

新型コロナウイルスの流行が落ち着いたところで、海外の研究者の招聘を実施、あるいは先方への研究者の派遣を行い、共同研究を進める。
新たに発見された乱流伝播現象の詳細な解析をすすめる。
新たに立ち上げた不純物の導入量と電子サイクロトロン加熱により、安定なデタッチメント運転の維持を試みる。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 8件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] デュッセルドルフ大学/マックスプランク研究所(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      デュッセルドルフ大学/マックスプランク研究所
  • [国際共同研究] カルロス三世大学(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      カルロス三世大学
  • [国際共同研究] ウィスコンシン大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ウィスコンシン大学
  • [雑誌論文] Isotope effect of rovibrational distribution of hydrogen molecules desorbed from amorphous carbon2022

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura, S. Saito, T. Sawada, K. Sawada, G. Kawamura, M. Kobayashi, M. Hasuo
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: SA1005-1~10

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac2435

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recent results from deuterium experiments on the Large Helical Device and their contribution to fusion reactor development2022

    • 著者名/発表者名
      Masaki Osakabe, Hiromi Takahashi, Hiroshi Yamada, Kenji Tanaka, Tatsuya Kobayashi, Katsumi Ida, Satoshi Ohdachi, Jacobo Varela, Kunihiro Ogawa, Masahiro Kobayashi et al.
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 62 ページ: 042019-1~20

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ac3cda

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] EUV and VUV Spectra of NeIII-NeX Line Emissions Observed in the Impurity Gas-Puffing Experiments of the Large Helical Device2021

    • 著者名/発表者名
      Tetsutarou OISHI, Shigeru MORITA, Masahiro KOBAYASHI, Kiyofumi MUKAI, Gakushi KAWAMURA, Suguru MASUZAKI, Yuki HAYASHI, Chihiro SUZUKI, Yasuko KAWAMOTO, Motoshi GOTO and the LHD Experiment Group
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 16 ページ: 2402006-1~6

    • DOI

      10.1585/pfr.16.2402006

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Steady-state sustainment of divertor detachment with multi-species impurity seeding in LHD2021

    • 著者名/発表者名
      Kiyofumi Mukai, Suguru Masuzaki, Yuki Hayashi, Tetsutaro Oishi, Chihiro Suzuki, Masahiro Kobayashi, Tokihiko Tokuzawa, Hirohiko Tanaka, Kenji Tanaka, Toshiki Kinoshita, Hikona Sakai and Byron Jay Peterson
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 61 ページ: 126018-1~9

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ac2bbc

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ro-vibrational population distribution in the ground state of hydrogen isotopologues in LHD peripheral plasmas deduced from emission spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Ishihara, Arseniy Kuzmin, Masahiro Kobayashi, Taiichi Shikama, Keiji Sawada, Seiki Saito, Hiroaki Nakamura, Keisuke Fujii, Masahiro Hasuo
    • 雑誌名

      Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer

      巻: 267 ページ: 107592-1~8

    • DOI

      10.1016/j.jqsrt.2021.107592

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Divertor heat load distribution measurements with infrared thermography in the LHD helical divertor2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayashi, M. Kobayashi, K. Mukai, S. Masuzaki, T. Murase
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 165 ページ: 112235-1~10

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2021.112235

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Mesh-Generation Scheme for the Large Helical Device Based on the Structure of Magnetic-Field Lines2021

    • 著者名/発表者名
      Daisuke TAKADA, Taku ITOH, Masahiro KOBAYASHI and Hiroaki NAKAMURA
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 16 ページ: 2401086-1~6

    • DOI

      10.1585/pfr.16.2401086

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] RMP induced H-mode transition during divertor detachment with enhanced edge radiation in deuterium plasmas in LHD2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, R. Seki, Y. Takemura, Y. Hayashi, T. Oishi, K. Tanaka, K. Mukai, S. Morita, K. Ida, S. Masuzaki
    • 学会等名
      28th IAEA Fusion Energy Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Compatibility of core plasma performance and radiating edge plasma with 3D edge magnetic field structure change induced by RMP application in LHD2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, K. Tanaka, K. Ida, R. Seki, T. Oishi, Y. Hayashi, Y. Takemura, M.Z. Tokar, S. Morita, M. Osakabe, K. Mukai, S. Masuzaki, Y. Narushima
    • 学会等名
      47th European Conference on Plasma Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interaction between turbulence spreading and MHD activity at edge stochastic magnetic layer in LHD2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, K. Tanaka, K. Ida, Y. Hayashi, Y. Takemura, T. Kinoshita, T. Tokuzawa
    • 学会等名
      the Joint APTWG-TTF meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Divertor detachment and core plasma transport with RMP application in LHD2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, K. Tanaka, K. Ida, R. Seki, T. Oishi, Y. Hayashi, Y. Takemura, M.Z. Tokar, S. Morita, M. Osakabe, K. Mukai, S. Masuzaki, Y. Narushima
    • 学会等名
      5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observation of turbulence spreading into edge stochastic magnetic layer caused by MHD mode excitation in LHD2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, K. Tanaka, K. Ida, Y. Hayashi, Y. Takemura, T. Kinoshita, T. Tokuzawa
    • 学会等名
      the 63rd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plasma transport in magnetic island and stochastic magnetic field in non-axisymmetric toroidal confinement system2021

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Kobayashi
    • 学会等名
      The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Impact of 3D edge magnetic field structure/topology on thermal instability and core plasma confinement in toroidal magnetic confinement system2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, R. Seki, Y. Hayashi, T. Oishi, K. Tanaka, Y. Takemura, M.Z. Tokar, K. Ida, T. Kinoshita, K. Mukai, S. Morita, S. Masuzaki
    • 学会等名
      第38回プラズマ・核融合学会年会
  • [学会発表] STEADY-STATE SUSTAINMENT OF DIVERTOR DETACHMENT WITH MULTI-SPECIES IMPURITY SEEDING IN LHD2021

    • 著者名/発表者名
      K. Mukai, S. Masuzaki, Y. Hayashi, T. Oishi, T. Oishi, M. Kobayashi, T. Tokuzawa, H. Tanaka, B. J. Peterson
    • 学会等名
      28th IAEA Fusion Energy Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] DEVELOPMENT OF SIMULATION CODES TO TREAT HYDROGEN MOLECULES PROCESS IN DIVERTOR PLASMA REGION INCLUDING DIVERTOR PLATE2021

    • 著者名/発表者名
      H. NAKAMURA, H. NAKAMURA, K. SAWADA, R. MIGITA, G. KAWAMURA, M. KOBAYSHI, H. ISHIHARA, K. ARSENIY, M. HASUO
    • 学会等名
      28th IAEA Fusion Energy Conference
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi