統合モデルによるトカマク炉心プラズマ動特性の解明とシミュレータの開発

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23360416
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 小関 隆久 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門六ヶ所核融合研究所, 嘱託 (50354577)
• 研究分担者: 林 伸彦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門那珂核融合研究所, 研究主幹 (10354573) ; 本多 充 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門那珂核融合研究所, 研究員 (90455296)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 統合モデル / トカマク / 炉心プラズマ / シミュレータ / 熱粒子輸送 / MHD / ダイバータ

研究概要

コードの統合化を引き続き行うと共に、開発したコードによる核融合炉心プラズマに於ける重要課題の解明を行った。１）炉心プラズマのコア領域における熱・粒子輸送コードTOPICSを統合コードプラットフォームとし、中性粒子ビームと電磁波による加熱・電流駆動を用いた規格化ベータと周回電圧の複合帰還制御コントローラをJT-60SAにおける定常高ベータ運転に適用した。開発した統合制御ロジックを用いて、プラズマ内部分布の最適化により、炉心プラズマで必要となる高密度（グリーンワルド比0.88）で規格化ベータ値が4以上のプラズマを定常維持できることを示した。２）TOPICSに、核融合科学研究所との協力を基に、3次元平衡コードVMECおよび新古典輸送コードFORTEC-3Dを組み合わせた統合モデルを構築し、JT-60Uにおける非軸対称摂動磁場で生じる新古典トロイダル粘性のトロイダル回転への影響を定量的に明らかにした。また、TOPICSの平衡ソルバーに遠心力効果を含むように拡張し、プラズマ流の効果を含むMHD安定性コードMINERVAとTOPICSを結合することにより、MHD安定特性の自己無 撞着な解析手法を開発し、JT-60SAの定量的評価を行った。３）周辺プラズマとダイバータプラズマコードの統合化を進める上で拡張性に優れ、並列化計算効率の高いMulti Program multi Data (MPMD)モデルの開発を行い、その有効性を実証した。周辺プラズマ領域の粒子・熱輸送を解くSONICコードを用いて、JT-60SA及び原型炉の熱制御シナリオについて解析を行い、不純物ガスパフ等により熱負荷の観点でダイバータが成立する運転領域を見いだした。４）炉心プラズマにおける重要課題であるELM制御特性を調べ、有効なペレットの入射条件を明らかにし、ITERにおけるELM制御に指針を示した。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] On kinetic resistive wall mode theory with sheared rotation (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Shiraishi, N. Miyato, and G. Matsunaga
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 9巻 ページ: 3403027-1, 3403027-4
  • DOI: 10.1585/pfr.9.3403027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated simulation study of ELM pacing by pellet injection in ITER (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, et al.
  • 雑誌名: Contrib. Plasma Physics 巻: 54 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental analyses and predictive simulations of toroidal rotation driven by the neoclassical toroidal viscosity in rippled tokamaks (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Honda et al
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 54 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of convective amplification of n = 1 energetic particle modes for N-NB ion dynamics in JT-60U (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, K. Shinohara, N. Aiba and Y. Todo
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 53巻 ページ: 073007-1, 073007-12
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/7/073007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of plasma rotation on the linear physics of resistive wall modes in tokamaks (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Aiba, J. Shiraishi and M. Hirota
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 巻: 55巻 ページ: 074002(7)
  • DOI: 10.1088/0741-3335/55/7/074002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction of ELM energy loss by pellet injection for ELM pacing (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, et al.
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 53 ページ: 123009 (10pp)
  • DOI: 10.1088./0029-5515/53/12/123009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of the transport-code framework for self-consistent predictions of rotation and the radial electric field (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Honda et al
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 53 ページ: 073050 (11pp)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/7/073050
  • 査読あり
• [学会発表] Divertor study on Demo reactor (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Hoshino, et al
  • 学会等名: 23rd International Toki Conference
  • 発表場所: Toki, Japan
  • 年月日: 20131118-21
  • 招待講演
• [学会発表] Development of the backflow model for impurity exhaust in Monte-Carlo calculation (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Hoshino, et al.
  • 学会等名: 14th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
  • 発表場所: Cracow, Poland
  • 年月日: 20130923-25
• [学会発表] Integrated simulation study of ELM pacing by pellet injection in ITER (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, et al
  • 学会等名: 14th Int. Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
  • 発表場所: Cracow Poland
  • 年月日: 20130923-25
• [学会発表] Investigation of the JT-60SA operation scenarios combined with integrated real-time controls (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, et al
  • 学会等名: 40th EPS Conference on Plasma Physics
  • 発表場所: Espoo Finland
  • 年月日: 20130701-05