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核融合炉心プラズマにおける燃料供給手法を構築するため、大型ヘリカル装置(LHD)を対象とし、(1)固体水素ペレットの高温プラズマ中での溶発、(2)溶発によって生じる高密度プラズモイドの均質化、という二つの物理過程を矛盾なく取り扱うことのできる理論モデルの構築を進めた。前者については、プラズマ加熱によって生成される高速イオンの溶発促進について、中性粒子加熱ビームのエネルギーと背景プラズマの電子温度の比が支配的なパラメータであることを見出し、実験的な侵入長を再現できる理論スケーリング則を導いた。このスケーリングは熱電子による溶発が支配的なオーミックトカマクのスケーリングと相補的で、高速イオンによる溶発が支配的な状況下でのペレット侵入長を評価できる。また、高速イオンの効果を考慮した溶発シミュレーションコードを開発し、実験との比較を進め、溶発分布、ペレット軌道、溶発雲温度、密度などの各種計測データが計算によって矛盾なく解釈できることを確認した。次に、高密度プラズモイドの均質化過程について、LHD装置に特徴的なトーラス周回方向の早い磁場の変動を考慮に入れたE×Bドリフトモデルを導出した。LHDでは小半径をスケール長とする急峻な磁場勾配が存在することで、トカマクより強い局所的なプラズモイド加速が予測される一方で、それらは磁力線方向の早い磁場の変動を伴うので、プラズモイドが磁力線方向に膨張するのに伴って加速効果が打ち消される。これらの過程を考慮したペレット入射の粒子供給分布計算コードを開発し、LHD実験に対応したシミュレーションを行うことで溶発分布およびペレット入射直後の密度分布が定量的に再現できることを示した。
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