プラズマ回転と径電場の自律的分布形成による定常燃焼プラズマ維持の研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25820442
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 本多 充 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 主幹研究員(定常) (90455296)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 流体型輸送コード / トカマク / 磁気座標 / 径電場 / 準中性 / 新古典輸送 / 乱流輸送 / 両極性

研究実績の概要

本研究計画の中核をなす流体型輸送コードASK/TXの開発に成功し、コード内の修正を繰り返すことでより完成度が高まった。既存の拡散型輸送コードと異なり二流体方程式系に基づくTASK/TXは多くの物理現象を再現できる特徴を持つ。外部の新古典輸送コードなしに多岐に渡る新古典輸送現象を再現する事ができ、ベンチマークによってその妥当性が確認された。これらの成果は論文にまとめられ出版されるとともに、プラズマ・核融合学会年会において口頭発表した。また、高速ビーム粒子に対するモデリングを拡張することで、ビームの入射方向の違いによる粒子輸送の向きの違い、すなわち密度ピーキング・ブロードニング現象が新古典輸送によって生じることを明らかにし、実験観測結果と定性的に一致していることを確認した。
トカマクプラズマの回転を左右する自発的なトルクに、非軸対称性の磁場摂動が引き起こす新古典トロイダル粘性(NTV)と乱流に関連する残留応力があり、それらは核融合炉においてとりわけ重要となる。NTVについては電子とイオンが作るNTVの違いについて調べるとともに、ITERで挿加されるトリチウム増殖モジュール(TBM)が作るトロイダル方向に不均一な静的磁場摂動に起因するNTVや、JT-60SAにおいて外部コイルによって印加する摂動磁場が作るNTVを定量的に評価した。その結果、ITERでのTBMの挿加は回転に対して大きな影響を与えうるNTVを生んでいることが分かる一方、JT-60SAにおいては10kAのコイル電流が作る摂動磁場はNTVに大きな影響を与えないことが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Impact of ion diamagnetic drift on MHD stability at edge pedestal in JT-60U rotating plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Aiba, M. Honda, K. Kamiya
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 ページ: 022011(10pp)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/57/2/022011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of the fluid-type transport code on the flux coordinates in a tokamak (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Honda, A. Fukuyama
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 巻: 208 ページ: 117,134
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2016.08.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Validation studies of gyrokinetic ITG and TEM turbulence simulations in JT-60U tokamak using multiple flux matching (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nakata, M. Honda, M. Yoshida, H. Urano, M. Nunami, S. Maeyama, T.H. Watanabe, H. Sugama
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 56 ページ: 086010(11pp)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/56/8/086010
  • 査読あり
• [学会発表] TASK/TXの新古典輸送特性と粒子輸送モデリング (2017)
  • 著者名/発表者名: 本多充、福山淳、仲田資季
  • 学会等名: 第72回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] トカマク磁気座標系における流体型輸送コード TASK/TX の進展 (2016)
  • 著者名/発表者名: 本多充、福山淳
  • 学会等名: 第33回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [学会発表] Predictions of Toroidal Rotation and Torque Sources Arising in Non-axisymmetric Perturbed Magnetic Fields in Tokamaks (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Honda, S. Satake, Y. Suzuki, K. Shinohara, M. Yoshida, N. Aiba, J. Shiraishi, N. Hayashi, G. Matsunaga, M. Nakata, A. Matsuyama, S. Ide
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Kyoto (Japan)
  • 年月日: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • 国際学会
• [学会発表] ITG/TEM不安定プラズマにおける大域的電子・イオン熱輸送シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 本多充、仲田資季
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] Physics and modeling of toroidal rotation and torque sources in JT-60U (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Honda, M. Yoshida, S. Satake, Y. Suzuki, N. Hayashi, K. Shinohara, A. Matsuyama, K. Kamiya, G. Matsunaga, S. Ide, M. Nakata
  • 学会等名: 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
  • 発表場所: Kaohsiung (Taiwan)
  • 年月日: 2016-06-27 – 2016-07-01
  • 国際学会 / 招待講演