| 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, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60609981)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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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。本課題では、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、先進的な数値計算、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4年度は、これまで開発を進めてきた3次元静電粒子シミュレーションコードを用いて、初期に径方向の密度勾配のみを与えたプラズマから径方向輸送が生じる過程を再現する大規模計算を実行した。その結果、初期に磁力線方向に短波長な密度揺動が成長したのち、長波長な揺動へ遷移すること、また、粒子束の観測から、密度揺動の成長により現れた高密度なプラズマ構造が外側方向へ輸送されることが示された。今後は、本コードに非接触プラズマを再現するための素過程の導入を進め、当該コードによる計算と理論モデルとの比較を通じて、非接触時の輸送機構の解明をめざす。他方、直線装置であるNAGDIS-IIでは、静電プローブと高速カメラの同時計測ならびに条件付き平均とトモグラフィ解析を併用した多次元時空間挙動抽出法をこれまでに開発している。2022年度はオランダDIFFER研究所の超伝導直線装置Magnum-PSIに対して同計測を適用することで、異なるパラメータ領域における非接触プラズマ揺動信号を取得した。さらに、筑波大学の所有するミラー配位の直線装置GAMMA10/PDXにおける接触・非接触プラズマ揺動特性を解析し、その結果を学術論文にまとめ出版した。
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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、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、その後、3次元静電粒子コードを基盤とする複合コードを開発し、理論モデル、直線型装置実験との比較検証をおこなうこととしていたが、上記研究実績の概要にも示したように、現時点においては、理論・数値研究では3次元静電粒子コードによる大規模シミュレーションの実行、そして、同コードへの素過程導入を進めている。当初計画からの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、当初目的に向けた研究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、上記研究実績の概要にも示したように、様々な装置における実験も進めたが、NAGDIS-IIにおける多次元時空間挙動抽出法がすでに開発されていることから、今後、同装置における実験観測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5年度は、本年度に引き続き、素過程モデルを導入した3次元径方向輸送粒子コード（複合コード）の開発、同コードによる計算を進めるとともに、その計算結果と理論モデル、多次元時空間挙動抽出法による実験観測結果との比較検証、理論モデルの高度化などを、順次、進めていく。
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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外部記憶装置等の物品について、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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