2023 年度研究成果報告書

エルゴディック層における運動論的プラズマダイナミクスの研究

研究課題

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研究課題/領域番号	20K03912
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分14020:核融合学関連
研究機関	核融合科学研究所
研究代表者	森高外征雄核融合科学研究所, 研究部, 助教 (20554372)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	ヘリカル型核融合炉 / ジャイロ運動論シミュレーション / 磁気島 / 水素同位体プラズマ / 非構造格子
研究成果の概要	磁場閉じ込め核融合炉では、高温プラズマ状態にある核融合燃料（水素同位体）をトーラス状の磁力線に閉じ込めることで継続的な核融合反応を起こすことを目指している。高温プラズマの振る舞いを精密に計算できるジャイロ運動論モデルを発展させ、らせん状のコイルを用いたヘリカル型核融合炉や外部補助コイルを追加した場合に生成する、複雑な閉じ込め磁場への応用を可能にした。開発した計算コードを使い、大型ヘリカル装置における水素同位体プラズマの閉じ込め性能や、乱れた磁力線によってできる磁気島周辺のプラズマの振る舞いを明らかにした。
自由記述の分野	核融合科学
研究成果の学術的意義や社会的意義	らせん状のコイルで閉じ込め磁場を作るヘリカル方式は、日本で大きく発展したプラズマ閉じ込め方式である。核融合炉で想定される長時間運転が可能な点に優位性があるが、特に閉じ込め容器に近い部分の磁場構造が複雑になり、適用可能なシミュレーションモデルは現象論的な一部のものに限られている。本研究で開発した手法は、プラズマの振る舞いを精密に記述できるジャイロ運動論モデルを元に、複雑な構造を持つ磁場中の閉じ込めプラズマにも応用できるため、ヘリカル型核融合炉周辺領域をはじめ、これまで理論的なアプローチが限られていた領域の閉じ込めプラズマに対する物理的な理解に大きく貢献するものと期待される。