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2020 年度 実施状況報告書

非接触プラズマ中性粒子輸送解明のための対向壁水素リサイクルモデリング構築

研究課題

研究課題/領域番号 19K03800
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

中村 浩章  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30311210)

研究分担者 澤田 圭司  信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40262688)
齋藤 誠紀  山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40725024)
田村 祐一  甲南大学, 知能情報学部, 教授 (50311212)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード中性原子分子 / 衝突複写モデル / 分子動力学法 / 水素原子 / 水素分子 / 水素同位体 / 炭素 / タングステン
研究実績の概要

本年度は、壁から発生する水素の情報を分子動力学計算のところで、大きく以下の2つの取り組みを行った。
(1)壁材として炭素を想定し、その炭素に水素同位体(軽水素H,重水素D,三重水素T)を各々照射した場合に発生する。各水素同位体原子・分子の発生量などの情報を分子動力学法で求めることができた。現時点では、H,D,Tの複数種が混ざったような状態は扱うことができないが、まずは、各同位体ごとに計算を行い物理量、特に水素同位体分子の振動回転順位分布を得ることができることを占めることができた。
(2)壁材料としてタングステンについて、軽水素を照射し、水素原子・分子の発生の分子シミュレーションを行った。炭素材からタングステンに変える際に、炭素―水素を扱えるポテンシャルから、タングステン―水素を扱えるポテンシャルも変える必要がある。我々は、EAMポテンシャルと呼ばれる形の関数形でタングステンを扱える候補を探し出し、それを使ってタングステンへの水素照射を分子動力学法で計算した。その結果、炭素材とはことなり、水素分子の発生は大幅に小さくなるということが分かった。さらに、詳細に言うならば、発生する水素分子量は、シミュレーション開始時の初期タングステンに含まれる水素の含有量に大きく依存することも分かった。実際のプラズマ装置などでタングステンに含まれる水素含有量に相当する初期条件をもつ水素含有タングステンを用いた場合、ほとんど水素分子は発生しないという結果になった。現時点では、タングステンの構造はBCC結晶構造として扱っている。実際の実験状況では、そのタングステン結晶表面に、炭素やほかの金属などが再堆積されている。この再堆積層に多くの水素が含まれている場合があり、そこから、水素分子が発生することもある。このような場合の取り扱いについても今後検討を進めていく。

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

分子動力学法を、(1)水素同位体(2)タングステンへと拡張することができた。ほぼ予定通りに進めることができた。

今後の研究の推進方策

(1)炭素材への水素同位体照射の分子動力学法によるシミュレーションを解析した結果、初期の炭素の構造に、発生する水素原子・分子量が依存することがわかった。今後は、炭素材の構造を変えて、その構造による依存性を調べていく。
(2)今年度はタングステンについては、軽水素照射を行った。今後は照射を、重水素・三重水素を照射した際の分子動力学法計算を行う。
(3)軽水素・重水素・三重水素の混ざった場合の分子動力学法の検討を開始する。
(4)衝突輻射モデル、中性粒子輸送コードで、まずは重水素が扱えるような改良を始める。

次年度使用額が生じた理由

本年度は、コロナ感染防止のため、zoomを用いた打ち合わせや会議のため、海外・国内出張を行うことができなかった。そのため、当初予定した旅費を使わなかった。次年度は、その予算を使って、打ち合わせ・会議の出張に充てたい。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Ro-vibrational population distribution in the ground state of hydrogen isotopologues in LHD peripheral plasmas deduced from emission spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Hiroki、Kuzmin Arseniy、Kobayashi Masahiro、Shikama Taiichi、Sawada Keiji、Saito Seiki、Nakamura Hiroaki、Fujii Keisuke、Hasuo Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer

      巻: 267 ページ: 107592~107592

    • DOI

      10.1016/j.jqsrt.2021.107592

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-Objective Optimization of Superconducting Linear Acceleration System for Pellet Injection by Using Finite Element Method2021

    • 著者名/発表者名
      TAKAYAMA Teruou、YAMAGUCHI Takazumi、SAITOH Ayumu、KAMITANI Atsushi、NAKAMURA Hiroaki
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 16 ページ: 2401025~2401025

    • DOI

      10.1585/pfr.16.2401025

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulation for hydrogen recycling on tungsten divertor for neutral transport analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Saito Seiki、Nakamura Hiroaki、Sawada Keiji、Kobayashi Masahiro、Kawamura Gakushi、Sawada Takumi、Masahiro Hasuo
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: SAAB08~SAAB08

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abc105

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural change of damaged polyethylene by beta-decay of substituted tritium using reactive force field2020

    • 著者名/発表者名
      Li Haolun、Fujiwara Susumu、Nakamura Hiroaki、Mizuguchi Tomoko、Nakata Ayako、Miyazaki Tsuyoshi、Saito Shinji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: SAAB06~SAAB06

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abbdc8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a Molecular Dynamics Method with Heat Transfer into Bulk for Ion Injection into Materials2020

    • 著者名/発表者名
      SAITO Seiki、NAKAMURA Hiroaki、SAWADA Keiji、KOBAYASHI Masahiro、GAKUSHI Kawamura、MASAHIRO Hasuo
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 15 ページ: 2403073~2403073

    • DOI

      10.1585/pfr.15.2403073

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 周辺プラズマの輸送とプラズマ・壁相互作用2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木康浩, 河村学思, 中村浩章, 伊藤篤史, 高山有道, 藤原進
    • 雑誌名

      Journal of plasma and fusion research

      巻: 96 ページ: 603-609

  • [雑誌論文] Hybrid Method Incorporated with Meshless Approach for Electromagnetic Wave Simulation2020

    • 著者名/発表者名
      SAITOH Ayumu、YAMAGUCHI Takazumi、KAMITANI Atsushi、NAKAMURA Hiroaki
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 15 ページ: 2401026~2401026

    • DOI

      10.1585/pfr.15.2401026

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Isotope Effect of Rovibrational Distribution of Hydrogen Molecules Desorbed from Amorphous Carbon2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura, Seiki Saito, Takumi Sawada, Keiji Sawada, Gakushi Kawamura, Masahiro Kobayashi and Masahiro Hasuo
    • 学会等名
      14th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Rovibrational Distribution of Molecular Hydrogen Isotopes Desorbed from Amorphous Carbon2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura
    • 学会等名
      The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • 国際学会
  • [学会発表] DNAテロメア中デオキシDリボースのトリチウムβ崩壊による構造変化のMD解析2020

    • 著者名/発表者名
      中村浩章, 石黒健人, 藤原進, 米谷佳晃, 安永卓生,中田彩子, 宮崎剛,大塚教雄,剣持貴弘, 波多野雄治, 斉藤真司
    • 学会等名
      第37回 プラズマ・核融合学会

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公開日: 2021-12-27  

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