| 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2年度は、元年度に導出した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線形分散関係について、そのパラメタ依存性等を調べるなどの考察を進めた。また、3年度以降のシミュレーション研究の基盤のひとつとなる3次元静電粒子シミュレーションコードについて、2年度に新たに核融合科学研究所に導入されたスーパーコンピュータ（プラズマシミュレータ雷神）への移植、最適化作業、各種改良等を進め、総グリッド数が2の28乗を超える大規模計算が可能となった。さらに、非接触1次元粒子コードへの再結合過程計算の実装等を進めた。一方、名古屋大学の直線型装置NAGDIS-IIを用いた実験では、ダブルプローブ、シングルプローブ、統計的手法（条件付き平均）を組み合わせた手法により、再結合フロント近傍における電子密度、電子温度、空間電位の空間分布ならびにプラズマ放出前後におけるパラメータ変化を評価した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初計画では、2年目に、1年目に構築した非接触プラズマの理論モデルに基づく流体シミュレーションコードの開発、実行、並びに、非接触1次元粒子コードの再結合過程計算部分の改良等を進め、直線型装置実験では、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た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・数値研究では線形理論モデルの考察、3次元静電粒子の開発、非接触1次元粒子コードへの再結合過程計算の実装等を行った。当初計画からの変更、それによる多少の遅れが見られるが、コード開発環境等も整ってきたため、2年目予定内容の早期実施は十分に可能である。一方、実験研究においては、ダブルプローブ、シングルプローブ、統計的手法を組み合わせた手法による計測、評価が進んでおり、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、令和3年度以降は、下記のように推進する計画である。【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。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。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、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、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】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。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 |
研究の若干の遅れにより、当初購入を計画していた計算機等物品について、その購入を延期したため、さらに、新型コロナウイルス感染症の影響により、成果発表、情報収集等に要する経費が大幅に減少したため、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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