| 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3年度は、これまでに導出がなされている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のうち、フィードバック不安定モードについて、再結合頻度依存性と密度勾配依存性を評価した。その結果、核融合トーラスプラズマでは再結合頻度が増えるとともに不安定領域も拡がるが、直線型装置においては狭くなることがわかった。また、今後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は、終端板に対して斜めの磁場を設定することができるルーチンを実装するとともに、より大規模な計算を可能にするため、2次元の領域分割もおこなえるように改良した。一方、名古屋大学の直線型装置NAGDIS-IIを用いた実験では、高速カメラと静電プローブ、条件付き平均とトモグラフィ解析を組み合わせた計測・解析手法を開発し、プラズマの径方向輸送挙動を時間・空間にわたり多次元的に取得することが可能となった。
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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、研究の初期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より精緻な考察と評価、3次元静電粒子コードの開発等を行った。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いるため、当初計画内容の早期実施は十分に可能であると考えている。一方、実験研究においては、高速カメラを含む動的挙動抽出法を開発し、これは簡便な計測により実現できることから、今後実験条件スキャンによる各種パラメータ依存性の調査を加速することができる。
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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4年度は、下記のように推進する計画である。【数値】流体コードによる理論モデルの検証を進めるとともに、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】理論モデルの高度化、実験、流体コード計算の結果を反映させた理論モデルの改良、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、順次、進めていく。【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。また、再結合頻度依存性、密度勾配依存性に着目した動的挙動の変化を調べる。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 |
研究の若干の遅れや開発順序の変更等により、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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