長時間プラズマ・壁相互作用時の壁飽和と壁再排気の機構解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680569
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 坂本 瑞樹 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (30235189)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花田 和明 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (30222219) ; 図子 秀樹 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (20127096) ; 中村 一男 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (30117189) ; 長谷川 真 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (00325482) ; 上瀧 恵里子 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (40211297)
• Keywords: プラズマ / プラズマ・壁相互作用 / 壁排気 / 壁飽和 / H_α線計測 / 長時間放電

Research Abstract

長時間定常プラズマの安定維持のためには、プラズマと第一壁との間の水素リサイクリングの理解が重要である。プラズマを取り囲む第一壁は複雑な形状をしており、プラズマ・壁相互作用により第一壁の各部分がどのように水素リサイクリングに寄与しているかを理解する必要がある。TRIAM-1Mの長時間放電中に観測された、壁が飽和と再排気(吸蔵)を繰り返す現象の機構解明のために研究計画に従い、H_α線強度の空間分布を測定する可視分光システムを製作・改良するとともに、3次元中性粒子輸送コードDEGASのメッシュモデルをさらに改良し、長時間放電時の中性粒子挙動の解析を行った。
これまでの研究において、壁の飽和は真空容器壁全体からの長い時定数をもつ温度上昇によるアウトガスに起因することを示唆し、その成果を論文に結実させてきた。さらに研究を展開させるために、今回は可動リミターをプラズマ周辺部に挿入することにより能動的に真空容器の形状を変化させ、リミターの水素リサイクリングのトロイダル構造に及ばす影響を調べた。H_α線強度のトロイダル分布より、リミター部でリサイクリングした中性粒子のイオン化の特性長は約0.3mであり、その影響は局所的に留まることが明らかとなった。この長さから評価される中性の水素原子のエネルギーは0.4eVであることが分かった。トロイダルリミタを挿入することにより、その他のリミター部のリサイクリングが抑制されることも示された。さらにDEGASコードのシミュレーションにおいては、プラズマ最外殻磁気面と真空容器壁との間のメッシュにプローブ計測から推測されるプラズマパラメータを入力し、プラズマ真空容器全体から一様に水素を放出させるモデルを適用して、長時間のポロイダル方向のH_α線強度分布のシミュレーションを実施し、概ね計測結果を再現する結果が得られてきている。

Research Products

• [Publications] M.Sakamoto, et al.: "Static and dynamic properties of wall recycling in TRIAM-1M"J.Nucl.Material. 313-316. 519-523 (2003)
• [Publications] Y.Hirooka, et al.: "Modeling of global particle balance in steady-state magnetic fusion devices-Analysis of the recent data from the TRIAM-1M tokamak"J.Nucl.Material. 313-316. 588-594 (2003)
• [Publications] T.Kuramoto, et al.: "The effects of the hot spot on sustainment of LHCD plasma on TRIAM-1M"Proc.of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics. Vo.27A. 2.125 (2003)
• [Publications] H.Zushi, et al.: "Overview of steady state tokamak plasma experiments in TRIAM-1M"Nuclear Fusion. Vol.43, No.12. 1600-1609 (2003)
• [Publications] K.Hanada, et al.: "Current ramp-up experiments in full current drive plasmas in TRIAM-1M"Nuclear Fusion. Vol.44, No.2. 357-361 (2004)