新型トレーサー内蔵ペレットを利用した不純物輸送特性の空間構造の解明とその応用研究

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04234
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 田村 直樹 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80390631)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 千尋 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30321615) ; 庄司 主 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00280602) ; 村上 泉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30290919) ; 向井 清史 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90632266) ; 舟場 久芳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40300727)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: プラズマ / 核融合 / ヘリカル / 不純物輸送 / 不純物トレーサー / トレーサー内蔵固体ペレット / TESPEL

Outline of Annual Research Achievements

平成２９年２月から実施されている核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）でのプラズマ実験において、本研究に関する実験を実施するべく、二重殻TESPEL及び入射角可変機構付きTESPEL入射装置などの準備を進めた。しかし、入射角可変機構付きTESPEL入射装置に対する中性子及びガンマ線対策において、特に制御機器類の移設復旧作業において想定以上の時間が掛かり、平成２８年度内には実験を実施することができなかった。現在、できるだけ早期に実験が開始できるよう、対策を急ピッチで進めているところである。
TESPELに関して、不純物トレーサー注入位置の柔軟性を更に高める試みとして、三重殻化を試みている。ただし、残念ながら、まだ実験に使用可能な段階には至っていない。
不純物輸送係数の空間構造モデルの詳細化に関して、一次元不純物輸送コードによる計算の高度化、具体的には、反復計算によって最適化されたモデルが求められるようにする作業を進めた。
不純物輸送特性の特異な空間構造を利用した高放射損失放電の高度化に関して、これまでに高放射損失放電のために用いられた元素の原子番号に近く、より最適な元素の選定を進めた。
国内外で開催されたワークショップや学会に参加して、本研究の進捗状況について報告した。特に、本研究で整備した機器群を統合された計測システムとして、米国で開催された高温プラズマ計測に関する国際会議において報告し、それについてまとめた論文がReview of Scientific Instruments誌に掲載された。また、既存の実験データを用いた不純物輸送特性の空間構造のモデル化作業で得られた成果の一部をアメリカ物理学会プラズマ物理分科会における招待講演で報告し、それについてまとめた論文をPhysics of Plasmas誌に投稿中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成２９年２月から実施されている核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）でのプラズマ実験において、実験が実施できなかった点を踏まえると、研究は遅れていると言わざるを得ない。ただし、TESPELの更なる改良や不純物輸送係数の空間構造モデルの詳細化を目指した一次元不純物輸送コードによる計算の高度化などを進めた他、不純物輸送特性の特異な空間構造を利用した高放射損失放電の高度化の検討を始めるなど、研究計画全体としては一定の進展が見られた。また、平成２７年度に開催されたヘリカル系プラズマに関する国際ワークショップにおいて口頭講演した内容をまとめた論文がPlasma Physics and Controlled Fusion誌に掲載された他、本研究で整備した機器群を高温プラズマ計測に関する国際会議にて報告し、それについてまとめた論文がReview of Scientific Instruments誌に掲載されるなど、本研究によるアウトカムも得られている。以上のことから、本研究はやや遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成２８年度末から年度を跨いで継続して実施されている核融合科学研究所の大型ヘリカル装置でのプラズマ実験において、不純物輸送特性の空間構造モデルの精度向上及び高放射損失運転の高度化を目指した実験を、分担者らと協力して、できるだけ早期に実施できるようにする。
これまで、そして今後新しく得られるであろう実験データに基づく不純物輸送係数の空間構造モデルの詳細化に関して、できるだけ早期に反復計算によって最適化されたモデルが求められるように、分担者の舟場と協力して進めながら行う。また、比較する不純物トレーサーイオンの価数を増やすことで、より精度の高いモデルの導出を目指す。この時、これまでと同様に既存のモデルからどの程度精度が向上したか定量的に評価し、今後必要な改善の指針を得る。
引き続き、国内外で開催されるワークショップや学会に参加して、本研究の進捗状況について報告し、外的評価を受ける。また、不純物輸送特性の空間構造に関する最新の解析結果及び高放射損失運転の高度化の初期結果などを国際会議で発表し、コミュニティにおいて認知度の高い学術論文誌に投稿する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] SPbPU(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: SPbPU
• [Int'l Joint Research] CIEMAT(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: CIEMAT
• [Journal Article] A comprehensive study on impurity behavior in LHD long pulse discharges (2017)
  • Author(s): Y. Nakamura, N. Tamura, M. Kobayashi, S. Yoshimura, C. Suzuki, M. Yoshinuma, M. Goto, G. Motojima, K. Nagaoka, K. Tanaka, R. Sakamoto, B.J. Peterson, K. Ida, M. Osakabe, T. Morisaki, the LHD Experiment Group
  • Journal Title: Nuclear Material and Energy Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nme.2016.11.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Strong Suppression of Impurity Accumulation in Steady-State Hydrogen Discharges with High Power NBI Heating on LHD (2017)
  • Author(s): Y. Nakamura, N. Tamura, M. Yoshinuma, C. Suzuki, S. Yoshimura, M. Kobayashi, M. Yokoyama, M. Nakata, K. Nagaoka, K. Tanaka, B. J. Peterson, K. Ida, M. Osakabe, T. Morisaki and the LHD Experiment Group
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 57 Pages: 056003 -1 - 10
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa6187
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extreme ultraviolet spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device (2017)
  • Author(s): C. Suzuki, I. Murakami, F. Koike, N. Tamura, H. A. Sakaue, S. Morita, M. Goto, D. Kato, H. Ohashi, T. Higashiguchi, S. Sudo and G. O'Sullivan
  • Journal Title: Plasma Physics and Controlled Fusion Volume: 59 Pages: 014009 - 1 - 8
  • DOI: 10.1088/0741-3335/59/1/014009
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of a new tracer-encapsulated solid pellet injection system for more precise control of tracer-impurity-deposit location in LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura, M. Shoji, C. Suzuki, H. Funaba, H. Hayashi, H. Maeno, M. Yokota, H. Ogawa and S. Sudo
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 11D615 - 1 - 3
  • DOI: 10.1063/1.4962041
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mitigation of the tracer impurity accumulation by EC heating in the LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura, S. Sudo, C. Suzuki, H. Funaba, Y. Nakamura, K. Tanaka, M. Yoshinuma, K. Ida and The LHD Experiment Group
  • Journal Title: Plasma Physics and Controlled Fusion Volume: 58 Pages: 114003 - 1 - 10
  • DOI: 10.1088/0741-3335/58/11/114003
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Observation of termination process of long pulse plasma discharges using stereoscopic fast framing cameras in the Large Helical Device (2016)
  • Author(s): M. Shoji, H. Kasahara, H. Tanaka, T. Murase, M. Tokitani, S. Morita, M. Goto, T. Oishi, T. Mutoh, E. de la Cal, C. Hidalgo, and the LHD Experiment Group
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 11 Pages: 2402056 -1 - 4
  • DOI: 10.1585/pfr.11.2402056
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In situ calibration of the foil detector for an infrared imaging video bolometer using a carbon evaporation technique (2016)
  • Author(s): K. Mukai, B.J. Peterson, S. Takayama and R. Sano
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 11E124 - 1 - 3
  • DOI: 10.1063/1.4961280
  • Peer Reviewed
• [Presentation] プラズマ中の重元素多価イオンからの極端紫外スペクトルに関する系統的研究 (2016)
  • Author(s): 鈴木千尋、村上泉、小池文博、東口武史、坂上裕之、田村直樹、須藤滋、Gerry O'Sullivan
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第33回年会
  • Place of Presentation: 仙台、日本
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] タングステンイオンの極端紫外スペクトルにおける二電子性再結合過程の寄与 について (2016)
  • Author(s): 村上泉、佐々木明、加藤太治、小池文博
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第33回年会
  • Place of Presentation: 仙台、日本
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] イメージングボロメータ計測のLHD重水素実験への適用 (2016)
  • Author(s): 向井清史、 B.J. Peterson、高山定次、佐野竜一
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第33回年会
  • Place of Presentation: 仙台、日本
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] Observation and Calculation of the ECRH Effect on the Tracer Impurity Accumulation in LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura
  • Organizer: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • Place of Presentation: San Jose, USA
  • Year and Date: 2016-10-31 – 2016-11-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Strong Suppression of Impurity Accumulation in Steady-State Hydrogen Discharges with High Power NBI Heating on LHD (2016)
  • Author(s): Y. Nakamura, N. Tamura, M. Yoshinuma, C. Suzuki, S. Yoshimura, M. Kobayashi, M. Yokoyama, M. Nakata, K. Nagaoka, K. Tanaka, B. J. Peterson, K. Ida, M. Osakabe, T. Morisaki and the LHD Experiment Group
  • Organizer: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Systematic observation of EUV spectra from highly charged lanthanide ions in the Large Helical Device (2016)
  • Author(s): C. Suzuki, F. Koike, I. Murakami, N. Tamura, S. Sudo
  • Organizer: 10th International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications
  • Place of Presentation: Gunsan, South Korea
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collisional-Radiative Model of Tungsten Ions for EUV Spectroscopy (2016)
  • Author(s): I. Murakami, A. Sasaki, D. Kato, F. Koike
  • Organizer: 10th International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications
  • Place of Presentation: Gunsan, South Korea
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大型ヘリカル装置(LHD)の長時間放電におけるダスト放出時の周辺プラズマ中の不純物輸送シミュレーション解析 (2016)
  • Author(s): 庄司主, 河村学思, R. Smirnov, A. Pigarov, 田中康規, 増崎貴, 上杉喜彦, LHD実験グループ
  • Organizer: 第11回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2016-07-14 – 2016-07-15
• [Presentation] EUV spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device (2016)
  • Author(s): C. Suzuki, I. Murakami, F. Koike, N. Tamura, H. A. Sakaue, S. Morita, M. Goto, D. Kato, H. Ohashi, T. Higashiguchi, S. Sudo and G. O'Sullivan
  • Organizer: 43rd European Physical Society Conference on Plasma Physics
  • Place of Presentation: Leuven, Belgium
  • Year and Date: 2016-07-04 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Recent Progress in Impurity Transport Study on LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura
  • Organizer: 6th Asia-Pacific Transport Working Group Meeting
  • Place of Presentation: Seoul, South Korea
  • Year and Date: 2016-06-22 – 2016-06-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of a New Tracer-Encapsulated Solid Pellet Injection System for More Precise Control of Tracer-Impurity-Deposited Location in LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura, M. Shoji, C. Suzuki, H. Funaba, H. Hayashi, H. Maeno, M. Yokota, H. Ogawa, and S. Sudo
  • Organizer: 21st Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics
  • Place of Presentation: Madison, USA
  • Year and Date: 2016-06-05 – 2016-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of foil detector for infrared imaging video bolometer using carbon evaporation coating (2016)
  • Author(s): K. Mukai, B.J. Peterson, S. Takayama and R. Sano
  • Organizer: 21st Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics
  • Place of Presentation: Madison, USA
  • Year and Date: 2016-06-05 – 2016-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A comprehensive study on impurity behavior in LHD long pulse discharges (2016)
  • Author(s): Y. Nakamura, N. Tamura, M. Kobayashi, S. Yoshimura, C. Suzuki, M. Yoshinuma, M. Goto, G. Motojima, K. Nagaoka, K. Tanaka, R. Sakamoto, B. J. Peterson, K. Ida, M. Osakabe, T. Morisaki and the LHD Experiment Group
  • Organizer: 22nd International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 2016-05-30 – 2016-06-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] M. Shoji, G. Kawamura, R. Smirnov, A. Pigarov, Y. Tanaka, S. Masuzaki, Y. Uesugi, and the LHD Experiment Group (2016)
  • Author(s): Simulation of impurity transport in the peripheral plasma due to the emission of dusts in long pulse discharges on the large helical device
  • Organizer: 22nd International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 2016-05-30 – 2016-06-03
  • Int'l Joint Research