研究課題
将来の核融合炉の成立は、非接触ダイバータプラズマ方式によるダイバータの除熱が鍵を握る。しかし、非接触ダイバータの発現機構と動特性はいまだ解明されていない。非接触状態への遷移の物理にとって、運動論的効果が重要と考えられているが、計算機資源の制約上、現状の大規模コードシミュレーションでこれを取り扱うことができない。本研究の目的は、運動論的効果を取り入れ、なおかつ現実的な計算時間で解析可能な新しい非接触ダイバータプラズマモデルを構築することにある。平成24年度では、イオン温度非等方性を考慮した拡張されたプラズマ流体モデルを開発した。しかし、従来用いられてきたダイバータ部シース入り口におけるプラズマ境界条件数値モデルの適用性の限界も明らかになってきた。そこで平成25年度では、シース入り口における境界条件数値モデルとして、新たに「バーチャルダイバータ数値モデル」を導入することで、この困難の解決を図った。平成26年度は、プラズマの運動論的効果を考慮した非接触ダイバータのモデリングのために、前年度までに開発した新しいプラズマ流体モデルに中性粒子流体モデルを組み込んだ。ここで重要な点は、中性粒子の輸送を支配する物理過程は荷電交換反応であることである。そのため、中性粒子のイオンとの衝突前後の速度は強く相関するため、簡易的な拡散モデルに改良を加えた。具体的には、磁力線に平行方向と反平行方向に移動する中性粒子を区別してモデルを構築した。以上のモデルにより、現実的な計算時間で非接触ダイバータプラズマをモデル化することに成功した。
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Journal of Nuclear Materials
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Plasma and Fusion Research
巻: 9 ページ: 3403070
10.1585/pfr.9.3403070
