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本研究の目的は、建設コストの低い経済的な核融合炉の実現に必要とされる、中心ソレノイド(CS)による電流駆動を最小限に抑えたプラズマ電流立ち上げシナリオを構築することである。具体的には、TOPICS統合輸送解析コードを用いたシミュレーション研究を行い、核融合炉心級に近いプラズマを生成可能なJT-60SAにおける中性粒子ビーム入射(NBI)および電子サイクロトロン波(ECW)を用いたプラズマ電流立ち上げシナリオを構築した。
前年度までに、密度分布の時間発展を仮定したシミュレーションを行い、不安定性を回避するためには比較的緩やかな圧力分布を持つプラズマが必要であることが明らかになっていた。そこで今年度は、温度分布、電流分布に加え、密度分布も物理的なモデルに基づいて計算するために、JT-60Uの実験結果を参考にした経験的な粒子輸送モデルを取り入れた。この計算モデルに基づき、安定な圧力分布を実現するためにどのような加熱、電流駆動を行う必要があるかを明らかにした。
その結果、電流駆動効率の高いNBIを優先的に用いる場合、比較的高い電子密度を持つプラズマに対してプラズマ電流がランプアップできる反面、局所的な圧力勾配が強くなり、電磁流体不安定性が発生する可能性があることが明らかになった。そこで、電子密度を半分程度に下げることで、電流駆動に必要なNBIの入射パワーを減らし、圧力勾配を弱めた。それに加えて、ECWを用いた局所的な電流駆動を行うことで、不安定性を回避できることを明らかにした。
以上の結果から、CSによる電流駆動を行わずにプラズマ電流をランプアップするシナリオがJT-60SAで実施できる可能性を示すとともに、必要とされる加熱、電流駆動の最適化の指針を明らかにした。
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