• 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

2019 年度 実績報告書

複合トレーサー内蔵ペレットを用いた不純物蓄積回避スキームにおけるロバスト性の検証

研究課題

研究課題/領域番号 19H01881
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)

研究分担者 吉沼 幹朗  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (20323058)
鈴木 千尋  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30321615)
向井 清史  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90632266)
舟場 久芳  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40300727)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードプラズマ・核融合 / 炉心プラズマ / 不純物輸送 / 不純物蓄積 / トレーサー内蔵ペレット / TESPEL
研究実績の概要

本研究課題では、不純物蓄積回避の度合いが、プラズマパラメータを変化させることでどの程度影響を受けるかを系統的に調べる。この作業を通して、不純物回避スキームにおいて鍵となる物理パラメータを実験的に明らかにする。また、シミュレーションとの比較、検証を繰り返し行い、確実性の高い物理モデルを構築する。最終目的として、不純物蓄積回避スキームを支える物理機構の解明を目指す。
2019年度は、以上のための準備として、1) 低Z不純物密度分布を計測するための荷電交換分光(CXS)計測の整備、2) 複合トレーサー内蔵ペレットの開発と改良を実施した。1) リチウムを始めとする様々な低Z不純物から荷電交換再結合光を系統的に測定するために、申請時の計画を前倒しして、本研究課題専用のCXS計測システムを整備した。2) 不純物の原子番号依存性の観点から不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証を一気に進めるために、低Z不純物と高Z不純物、それぞれを含む複合トレーサー内蔵ペレットの開発を進めた。前述の専用CXS計測システムの最適化及び必要な複合トレーサー量の調査のために、既存のポリマー中空球に複合トレーサーを封入し、それを複数個同時入射する手法を新たに開発した。この手法を用いた予備実験(ここでは、複合トレーサーの第一候補としている、メタチタン酸リチウム(Li2TiO3)を使用)を実施した結果、CXS計測に十分な量の低Z不純物を、現有の技術で開発可能な複合トレーサー内蔵ペレットとして入射できる見通しを得ることができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

2019年度は、LHDの今後の計画を見据え、申請時の計画を前倒しして、本研究課題専用の荷電交換分光(CXS)計測システムを整備した。また、予備実験の結果、荷電交換分光(CXS)計測で十分な信号を得るために必要な低Z不純物の量を、現有の技術で開発可能な複合トレーサー内蔵ペレットとして入射できる見通しを得ることができた。予備実験であったため、系統的なデータ取得までには至らなかったが、複合トレーサー内蔵ペレットによって入射された低Z不純物と高Z不純物それぞれの振る舞いを同一条件で測定する、という従来の研究では得られなかった実験データを得ることもできた。以上のことから、本研究課題は、当初の計画以上に進展している、と判断した。

今後の研究の推進方策

2019年度の結果に基づき、2020年度は以下の3つの研究・開発を実施する。1) 複合トレーサー内蔵ペレットの開発と改良、2) 軽Z不純物密度分布を計測するための荷電交換計測の改良、3) 不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証。1)においては、本研究課題の実施に必要な低Z不純物の量を把握することができたので、それを封入することができるポリマー中空球の開発を、浜松ホトニクス株式会社の玉置善紀(研究協力者、前任の佐藤仲弘の後任者)ともに急ぐ。2)においては、2019年度の実験データを基に、さらに精度良くLHDプラズマ中における低Z不純物の時空間発展を測定するために、CXS計測システムの最適化を進める。3)においては、複合トレーサー内蔵ペレットの開発が終了次第、2020年度実施予定のLHD実験において、不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証を開始する。本年度は、適用する不純物蓄積スキームとして、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)の印加に絞って、実験を進めていく。1次元不純物輸送コードSTRAHLを用いて、得られた実験データを再現できる不純物輸送係数分布を求める。求めた不純物輸送係数分布を、新古典輸送理論コードDKES/PENTA及びジャイロ運動論コードGKVによって得られた計算結果と比較して、妥当性の高い輸送モデルの構築を進める。また、あわせて、国内外で開催されるワークショップや学会に参加して、本研究の進捗状況及び成果のまとめについて報告し、外的評価を受ける。それと同時に、本研究で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

    (13件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] マックスプランク・プラズマ物理研究所(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      マックスプランク・プラズマ物理研究所
  • [国際共同研究] エネルギー・環境・科学技術研究センター(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      エネルギー・環境・科学技術研究センター
  • [国際共同研究] プラズマ物理とレーザーマイクロ核融合研究所(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      プラズマ物理とレーザーマイクロ核融合研究所
  • [雑誌論文] Development of an experimental database of EUV spectra from highly charged ions of medium to high Z elements in the Large Helical Device plasmas2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Chihiro、Murakami Izumi、Koike Fumihiro、Higashiguchi Takeshi、Sakaue Hiroyuki A.、Tamura Naoki、Sudo Shigeru、O'Sullivan Gerry
    • 雑誌名

      X-Ray Spectrometry

      巻: 49 ページ: 78~84

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/xrs.3058

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Soft X-Ray Spectroscopy of Rare-Earth Elements in LHD Plasmas2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Chihiro、Koike Fumihiro、Murakami Izumi、Tamura Naoki、Sudo Shigeru、O’Sullivan Gerry
    • 雑誌名

      Atoms

      巻: 7 ページ: 66~66

    • DOI

      https://doi.org/10.3390/atoms7030066

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Versatility and Flexibility of the Tracer-Encapsulated Solid Pellet as a Diagnostic Tool in Magnetic Fusion Plasma2019

    • 著者名/発表者名
      N. Tamura, R. Bussiahn, K.J. McCarthy
    • 学会等名
      3rd European Conference on Plasma Diagnostics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Progress of the Large Helical Device (LHD) Project Toward Understanding Plasma Confinement by 3D External Coils2019

    • 著者名/発表者名
      N. Tamura
    • 学会等名
      Nature Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Impurity Transport Studies using TESPEL in stellarators: A comparison between TJ-II, W7-X and LHD2019

    • 著者名/発表者名
      N. Tamura
    • 学会等名
      22nd International Stellarator & Heliotron Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Radiative Divertor Using Impurity Seeding on Large Helical Device2019

    • 著者名/発表者名
      K. Mukai, S. Masuzaki, Y. Hayashi, C. Suzuki, T. Oishi, M. Kobayashi, H. Tanaka, B.J. Peterson and LHD Experiment Group
    • 学会等名
      22nd International Stellarator & Heliotron Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] LHDプラズマを用いた希土類元素の軟X線スペクトル研究の進展2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木千尋、小池文博、村上泉、田村直樹、須藤滋、Gerry O'Sullivan
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第36回年会
  • [学会発表] LHDにおける不純物ガス入射によるダイバータ熱負荷軽減2019

    • 著者名/発表者名
      向井清史
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第36回年会
    • 招待講演
  • [学会発表] LHDにおける高ベータ重水素プラズマの熱輸送解析2019

    • 著者名/発表者名
      舟場久芳、渡邊清政、關良輔、村上定義、鈴木康浩、山田一博、安原亮、田中謙治、徳澤季彦、長壁正樹、山田弘司、榊原悟、LHD実験グループ
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第36回年会
  • [学会発表] Impurity Transport of Externally Injected Metal impurities in the LHD Plasma with Impurity Hole2019

    • 著者名/発表者名
      H. Funaba, N. Tamura, C. Suzuki, M. Yoshinuma, K. Ida, K. Tanaka, S. Sakakibara and LHD Experiment Group
    • 学会等名
      28th International Toki Conference
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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