| 研究課題/領域番号 |
20K03908
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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 |
菅野 龍太郎 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30270490)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | ポアソンソルバ / モンテカルロ法 / 新古典輸送 / タングステン不純物 |
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| 研究実績の概要 |
タングステン不純物の炉心への蓄積評価は、核融合炉における重要な課題の１つである。これまでのシミュレーション研究により、クーロン衝突が、タングステン不純物の粒子輸送において、重要な役割を担っていることが分かったが、磁場の3次元性や、その3次元性のために生じる電場の効果については、未だ十分な取り組みが行われていない。そこで、本研究課題では、不純物のクーロン衝突輸送に対する磁場の3次元性と電場の効果に焦点を当てて、研究を推進している。近年、不純物のクーロン衝突輸送を考える際に、磁場の3次元性の考慮は、必須となりつつある。例えば、トカマクプラズマにおけるedge localized modes抑制のため、共鳴摂動磁場（RMP）が利用されているが、このとき、エッジにおける磁場構造は、3次元性を持ち、不純物は、磁場の3次元性に加えて、電場の影響も受けると推定される。実際、最近のトカマク実験において、RMPを加えた際に、エッジに電場が生成されていることが観測されている。タングステン不純物の粒子輸送に対する電場（静電ポテンシャル）の効果を評価するためには、ポアソン方程式を解く必要があるが、その計算は、容易とは言えない。なぜなら、RMPによって生じた複雑な磁場構造により電荷分布も複雑になり、また、差分法などの従来の計算手法では、電場計算には、炉心、エッジ、真空領域にわたって、静電ポテンシャルを計算する必要があり、計算コストが膨大になるためである。不純物のエッジにおける粒子輸送の評価のために、計算コストをできるだけ圧縮するには、エッジのみにおいて必要な計算ができることが理想的である。そこで、本研究課題では、静電ポテンシャルΦの計算に、ポアソン方程式の確率論的解を用いて、一部の領域のみでΦを求めることができるコード（ポアソンソルバ）を新たに開発した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題では、磁場が乱れた領域でも適用可能なドリフト運動論的シミュレーションコードKEATSを改良することで、準定常状態にある温度・数密度分布を求め、それらの分布に影響される不純物輸送を運動論的に扱うシミュレーションを確立し、LHDプラズマのストカスティック領域で観測される「コア領域への不純物流入を抑制する不純物スクリーニング現象」のLHDとは異なる磁場配位への普遍性を調べることを目標としている。令和2年度は、まずは、磁場が乱れた領域における電場を計算できるようにするため、そのような領域でも適用可能なモンテカルロ法に基づくポアソンソルバの開発を新たに行った。コード開発は、年度内に終了し、国内学会における報告を行い、現在、論文投稿準備中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度に開発したポアソンソルバをドリフト運動論的シミュレーションコードKEATSと組合せ、準定常状態にある背景プラズマ（水素イオンおよび電子）の温度・数密度分布を求め、それらの分布と3次元磁場、および電場に影響されるタングステン不純物輸送の計算が実行できるよう、コード整備を行う。ここで、核融合炉で想定されているタングステン不純物の数密度は、背景プラズマと比べて極めて希薄であり、これまでの研究から、クーロン衝突効果については、背景プラズマと同様な衝突オペレータをそのまま適用すると、準定常状態に緩和するまでの計算時間が膨大になる傾向があることが分かっている。そのため、コード整備の際には、タングステン不純物輸送シミュレーションに適したドリフト運動論方程式の近似法の考察を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額は、新型コロナウイルスの感染拡大に伴い、学会発表や研究情報収集のための研究打合せがオンライン化したことで、旅費使用の必要がなくなったこと、および論文投稿準備が令和3年度にずれ込んだことで生じた。令和3年度における使用計画としては、新型コロナウイルス感染症流行下でも比較的参加しやすい、国内学会を中心とした学会発表、および国内の共同研究者と研究打合せを行うための旅費に使用する計画である、また、論文投稿を行い、論文のオープンアクセス化のための費用にも使用する。
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