| 研究課題/領域番号 |
19K03787
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
長谷川 裕記 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (60390639)
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| 研究分担者 |
田中 宏彦 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60609981)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 非接触プラズマ / 径方向輸送 / 直線型装置実験 / 粒子シミュレーション / フィードバック不安定性 |
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| 研究実績の概要 |
磁場閉じ込め核融合装置の境界領域では磁力線終端部にダイバータ板と呼ばれる受熱板があり、そこに至るプラズマの熱流を低減させるために、中性ガスの導入によってプラズマをダイバータ板から離すプラズマ非接触化が提案されている。このときのプラズマを「非接触プラズマ」と呼ぶが、磁場閉じ込め核融合実現のためには、この非接触プラズマによる熱流の制御が必要不可欠である。しかし、その様々な動的性質の完全な理解には未だ至っていない。そこで、本課題では、今日までに我々が進めてきた非接触プラズマ、径方向輸送の実験的、数値的研究等によって得られた知見にもとづいて、非接触プラズマを電流機構の異なる磁化プラズマ結合系としてとらえた理論モデルを構築し、先進的な数値シミュレーション、そして、直線型装置実験との相互検証を重ねることにより、非接触プラズマにおける径方向ダイナミクスの解明をめざしている。令和元年度は、上流プラズマ領域と非接触領域の電流機構を考慮した非接触プラズマの理論モデルの構築をめざした。また、名古屋大学の直線型装置NAGDIS-IIを用いた実験では、非接触時の径方向輸送の増大が磁力線に沿って局所的に確認されていることから、径方向輸送増大位置と再結合頻度との間の対応関係を同定するために、磁力線方向と径方向に駆動可能な静電プローブによる計測・解析を進めた。理論モデルの構築では、非接触プラズマの線形分散関係を導出し、そのうち、1つのモードが不安定成長しうること（フィードバック不安定性モード）を示し、同モードが将来の環状核融合炉装置のパラメタ領域でも存在しうることを確認した。さらに、直線型装置実験との比較検証も行い、不安定モードの伝播速度・方向と実験で観測された輸送特性との間によい一致が見られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画では、1年目に、非接触プラズマの理論モデル構築や、直線型装置実験における磁力線方向と径方向に駆動可能な静電プローブによる計測、などを進めることとしていたが、上記研究実績の概要にも示したように、理論研究では線形理論モデルを構築し、その特性について解析を進め、直線型装置実験との比較検証を行うとともに、実験研究においても、当該の計測、その結果の解析が進んでおり、ともに順調な展開がなされている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本課題では、研究代表者が中心となって進める理論、および、数値計算に関する研究、そして、研究分担者が中心となり名古屋大学の直線型装置NAGDIS-IIを用いて実施する直線型装置実験に関する研究、この両者が相補的に協同することによって、その物理解明を目指しており、今後は、下記のように推進する計画である。
●令和2年度：【数値】理論モデルにもとづく流体コードを開発、実行し、理論モデルを検証する。また、非接触1次元粒子コードの再結合過程計算部分の改良を進める。【理論】実験、流体コード計算の結果を反映させて、理論モデルを改良する。【実験】フィードバック機構では電位構造が重要であると考えられることから、エミッシブプローブやダブルプローブとシングルプローブを組み合わせた手法を用いて電位揺動分布の計測をおこなう。
●令和3年度以降：【数値】連結階層アルゴリズム等を用いて、非接触コードと3次元径方向輸送粒子コードとを複合した計算モデルを構築する。【数値】直線型装置実験に即したパラメタを用いて、複合コードによる計算を進める。【理論】実験、複合コード計算の結果をふまえて、理論モデルの評価をおこなうとともに、理論モデルを高度化する。【実験】理論、数値計算結果から見出された非接触時の不安定性が生起する実験条件を、直線型装置において設定し、実験計測する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究については、おおむね順調に進展しているが、研究成果発表や関連する情報の収集などのための旅費等の経費を要したため、当初購入を計画していた計算機等物品について、所要の仕様を満たす物品の購入が難しくなり、次年度使用額が生じた。次年度は、研究の進行度に合わせて、これら物品の調達を検討するとともに、成果発表、情報収集等に要する経費としても使用する予定である。
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