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

2022 年度 実績報告書

• 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) ; 舟場 久芳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40300727) ; 向井 清史 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90632266)
• 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 / トレーサー内蔵固体ペレット / 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。
2022年度は、最終年度であることから、不純物蓄積回避スキームのロバスト性の検証に最低限必要なデータを取得できるように、1) LHDで生成されるプラズマの線平均電子密度を昨年度よりもさらに少し高く (2021年度: 約3.3x10^19 m^-3、2022年度: 約4.8x10^19 m^-3)して、2) 追加で印加される電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）とイオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）の入射パワーをなるべく揃えて、複合トレーサー内蔵ペレット（Compound-TESPEL）入射実験を実施した。ICRHに関しては、不純物蓄積回避スキームのロバスト性におけるICRH入射パワー依存性に関するデータを取得するため、２通りの入射パワー（約1.6 MWと約2.2 MW）で実験を実施した。入射したCompound(Li2TiO3, CaAlO4, SiB6, NaCl)-TESPELのほぼ全てでデータを取得することができ、1) LHDプラズマ中の不純物挙動のICRH入射パワー依存性、2) LHDプラズマ中の不純物挙動の追加熱手法による違いなどを明確に得ることができた。現在、これまでに得られたデータを含めて処理を進めながら、１次元不純物輸送コードSTRAHLなどを用いた解析を進めているところである。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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
• [国際共同研究] ウィスコンシン大学マディソン校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ウィスコンシン大学マディソン校
• [国際共同研究] サンクトペテルブルク工科大学(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: サンクトペテルブルク工科大学
• [雑誌論文] Detailed Analysis of Spectra from Ga-like Ions of Heavy Elements Observed in High-Temperature Plasmas (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Chihiro、Koike Fumihiro、Murakami Izumi、Kato Daiji、Tamura Naoki、Oishi Tetsutarou、Nakamura Nobuyuki
  • 雑誌名: Atoms 巻: 11 ページ: 33～33
  • DOI: 10.3390/atoms11020033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three-dimensional structure of radiative cooling in impurity seeded plasmas in the Large Helical Device (2022)
  • 著者名/発表者名: Mukai K.、Kawamura G.、Masuzaki S.、Hayashi Y.、Tanaka H.、Peterson B.J.、Oishi T.、Suzuki C.、Kobayashi M.、Munechika K.
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 33 ページ: 101294～101294
  • DOI: 10.1016/j.nme.2022.101294
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Three-dimensional structure of radiative cooling in impurity seeded plasmas in the Large Helical Device (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Mukai, G. Kawamura, S. Masuzaki, Y. Hayashi, H. Tanaka, B.J. Peterson, T. Oishi, C. Suzuki, M. Kobayashi, K. Munechika
  • 学会等名: 25th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices
  • 国際学会
• [学会発表] Initial Results of He-beam experiments on LHD (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Tamura, M. Kobayashi, G. Motojima, H. Kasahara, K. Hanada, O. Schmitz, A. Dinklage, K. Nagaoka, K. Ida, S. Serada, M. Yoshinuma, Y. Kawamoto, Y. Fujiwara, S. Kamio, H. Funaba, Y. Hayashi, K. Tanaka, T. Tokuzawa, I. Yamada, and R. Yasuhara
  • 学会等名: 23rd International Stellarator-Heliotron Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Accelerated impurity exhaust by means of ICRF heating at LHD (2022)
  • 著者名/発表者名: D. Moseev, H. Kasahara N. Tamura, K. Tanaka, H. Igami, H. Funaba, T. Seki, I. Yamada, M. Yoshinuma, K. Ida, T. Kinoshita, H. Sakai, H.M. Smith, H.P. Laqua, R. Ochoukov, V. Bobkov, S.A. Lazerson, F. Reimold, D. Hartmann, B. Alers, P. Xanthopoulos, Ye. O. Kazakov, and M. Salewski
  • 学会等名: 23rd International Stellarator-Heliotron Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Detailed analysis of spectra from Ga-like ions of heavy elements observed in high temperature plasmas (2022)
  • 著者名/発表者名: C. Suzuki, F. Koike, I. Murakami, D. Kato, N. Tamura, T. Oishi, N. Nakamura
  • 学会等名: 20th International Conference on the Physics of Highly Charged Ions
  • 国際学会
• [学会発表] Soft X-ray spectroscopy and atomic physics of highly charged lanthanide ions in plasmas (2022)
  • 著者名/発表者名: C. Suzuki, F. Koike, I. Murakami, N. Tamura, T. Oishi, N. Nakamura
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Relation between toroidally asymmetric behavior of divertor heat load and radiation structure in impurity seeded plasmas on LHD (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Mukai, G. Kawamura, S. Masuzaki, Y. Hayashi, H. Tanaka, B.J. Peterson, T. Oishi, C. Suzuki, M. Kobayashi, K. Munechika
  • 学会等名: 31st International Toki Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 高温プラズマ中におけるガリウム様重元素イオンからの発光スペクトルの詳細解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木千尋、小池文博、村上泉、加藤太治、田村直樹、大石鉄太郎、中村信行
  • 学会等名: 第38回プラズマ・核融合学会年会