2021 Fiscal Year Annual Research Report
Research on turbulent transport for the reduction of divertor heat load
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21H01066
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
小菅 佑輔 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (00700296)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永島 芳彦 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90390632)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 核融合プラズマ / 乱流 / 熱負荷制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、乱流輸送によりスクレイプオフ層(SOL)の厚みを制御できるのか、という問いに挑戦する。そのためには、核融合の周辺領域に励起されうる乱流の種類やその輸送特性を把握することが必要となる。
今年度の研究では、これらの領域にて励起されうる乱流の種類について、電子の磁力線方向の運動の違いに基づく分類を進めた。磁力線方向の電場がある場合には電子はこの方向に加速される。この時の時間スケールと、垂直方向にドリフト波が伝播する時間スケールの大小に応じて電子の運動に違いが生じ、乱流揺動の特徴が変わることがわかった。磁力線方向の運動が卓越する場合、電子はボルツマン応答に近い応答を示し、規格化された密度揺動とポテンシャル揺動が同程度の大きさとなる。また、粒子輸送と熱輸送の干渉が生じ、熱流の持つSOL幅が効率的に拡がらない可能性について指摘した。磁力線の長さが長くなる場合には、垂直方向の運動が卓越する。この場合には電子は２次元的な運動を示し、密度勾配が駆動する対流胞的な揺動が励起されることがわかった。この対流胞が励起される場合には、密度揺動や温度揺動の大きさがポテンシャル揺動に対して大きくなり、粒子と熱の輸送が双方とも効率的にSOL幅を広げうることがわかった。温度揺動が大きくなるため、そのプローブ計測への影響を精査した。
これらの成果について、プラズマ核融合学会や日本物理学会にて報告した。成果を論文としてまとめ、学術しに投稿した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
揺動特性の分類を電子の運動やイオンの運動の違いに着目して進め、好まれる非線形構造や輸送の解析を進めることを目的としている。本年度の研究では電子の運動の違いから揺動特性や輸送特性が著しく異なることが判明した。当初予定していた電子の運動の違いに着目した分類というテーマを完遂することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
揺動の種類が電子の運動の違いから変わることがわかった。今後の研究では、イオンの運動の近いからの揺動の分類へと進める。また、線形解析に止まっていた解析を、帯状流やストリーマーといった非線形流を含めた解析へと拡張する。また、得られた理論予測について、プローブ計測を中心とした実験計測による検証を進める予定である。
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