ガス種依存性に着目した核融合非接触プラズマ中の輸送増大機構の解明

阐明非接触聚变等离子体中的输运增强机制，重点关注气体种类依赖性

• 批准号: 21J11557
• 负责人: 夏目 祥揮
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11557/
• 关键词: 核融合; 非接触プラズマ; ダイバータ; 分光計測; 統合コード; 中性粒子輸送; 高速分光; 流体シミュレーション

環状型熱核融合発電炉のダイバータ板には、工学的許容熱負荷（10 MW/m2）を大きく上回る熱負荷（数百MW/m2）が加わると見積もられる。ダイバータ板への熱負荷を低減するために、プラズマと中性ガスの相互作用を利用して、ダイバータ板前面で熱流束を低減させる「非接触プラズマ」が期待されており、その物性を理解と制御が喫緊の課題である。非接触プラズマ中では、磁場を横切る間欠的な非拡散的プラズマ輸送の増大が種々の磁場閉じ込め装置で観測されている。そこで本研究では、対流的プラズマ輸送の発生機構と中性粒子との関連性について理解するために、条件付き平均法を分光計測に組み合わせることで波長分解能を持った高時間分解能計測系を開発した。本光学系を直線型ダイバータ模擬装置で生成した非接触プラズマに適用し、対流的プラズマ輸送現象の発生時刻前後に渡る発光スペクトルの挙動を観測した。高励起準位からの自然放出光の強度は、発生時刻前では大きく、放出後では小さくなることが観測できたが、その変化率は数パーセント程度であった。線強度比法によって求めた電子温度と電子密度の揺動は静電プローブの結果と一致することから、高時間分解能発光計測によって非接触プラズマ中におけるプラズマパラメータの揺動を取得できることが分かった。また、実際の核融合炉におけるプラズマ発光計測では、壁での反射光が問題となることから、装置材料の光学反射分布特性について調査した。本研究ではさらに、非接触プラズマ中における中性粒子の輸送を理解するために、流体コードと中性粒子輸送コード、衝突輻射コードを統合したシミュレーションコードを開発した。統合コードを用いて非接触プラズマを解析することで、再結合過程によって生成された準安定原子が上流へ輸送され、非接触プラズマの形成を促進する影響をもつことが分かった。

Ring type thermonuclear fusion 発 furnace の ダ イ バ ー タ plate に は, engineering allowable heat load (10 MW/m2) を き く last る heat load (hundreds of MW/m2) が わ る と see product も ら れ る. ダ イ バ ー タ plate へ の を low thermal load reduction す る た め に, プ ラ ズ マ と neutral ガ ス の を interaction using し て, ダ イ バ ー タ front plate で heat flux を low beam minus さ せ る "non-contact プ ラ ズ マ" が expect さ れ て お り, そ の property を understand と suppression が tight の subject で あ る. In non-contact プ ラ ズ マ で は, magnetic field を crosscutting る owe な between the company, scattered プ ラ ズ マ conveying の raised big が 々 の closed magnetic field じ 込 め device で 観 measuring さ れ て い る. そ こ で this study で は, flow of seaborne プ ラ ズ マ conveying の 発 raw institutions と neutral particles と の masato even sex に つ い て understand す る た め に pay き average method, condition を spectrometer measuring に group み close わ せ る こ と で wavelength can decompose を hold っ た high time breakdown can measuring started を 発 し た. Department of this light を linear ダ イ バ ー タ simulator で generated し た non-contact プ ラ ズ マ に し, flow of seaborne プ ラ ズ マ transport phenomena の 発 born before and after the moment に crossing る 発 light ス ペ ク ト ル の 挙 dynamic を 観 measuring し た. Gao Li up must a か ら の natural emit light intensity of の は, born 発 moments before で は big き く, released after で は small さ く な る こ と が 観 measuring で き た が, そ の - number of flowrate は パ ー セ ン ト degree で あ っ た. Line intensity ratio method に よ っ て o め た electronic temperature と electron density の 揺 dynamic は electrostatic プ ロ ー ブ の と consistent す る こ と か ら, high time decomposition can 発 light measuring に よ っ て non-contact プ ラ ズ マ in に お け る プ ラ ズ マ パ ラ メ ー タ の 揺 dynamic を obtain で き る こ と が points か っ た. ま た nuclear fusion, the event be の furnace に お け る プ ラ ズ マ 発 light measuring で は, wall で の reflected light が problem と な る こ と か ら の, installation materials distribution features of the optical reflection に つ い て survey し た. This study で は さ ら に, non-contact プ ラ ズ マ in に お け る neutral particles の conveying を understand す る た め に, fluid コ ー ド と neutral particles conveying コ ー ド, conflict radiation コ ー ド を integration し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン コ ー ド を open 発 し た. Integrative コ ー ド を with い て non-contact プ ラ ズ マ を parsing す る こ と で, combining process に よ っ て generated さ れ た quasi stable atoms が upper へ conveying さ れ, non-contact プ ラ ズ マ の form を promote す る influence を も つ こ と が points か っ た.

项目成果

Measurement of the Bidirectional Reflectance Distribution Function of Tungsten Surface Sputtered in Argon Plasma

氩等离子体溅射钨表面双向反射率分布函数的测量

• DOI: 10.1585/pfr.17.2405041
• 发表时间: 2022
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: NATSUME Hiroki;NOJIRI Kunpei;KAJITA Shin;USHIKI Tomohiko;SUGIE Tatsuo;KITAZAWA Sin-iti;KIKUCHI Takanori;YOKOZUKA Tomohiro;TANAKA Hirohiko;OHNO Noriyasu;HATAE Takaki
• 通讯作者: HATAE Takaki

Detached helium plasma simulation with collisional-radiative model

使用碰撞辐射模型模拟分离氦等离子体

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Tanaka;I. Saeki;N. Ohno;S. Kajita;T. Ido;H. Natsume;A. Hatayama;K. Hoshino;K. Sawada;M. Goto
• 通讯作者: M. Goto

パルス状電子ビーム印加によるヘリウム非接触プラズマの動的応答

脉冲电子束应用非接触氦等离子体的动态响应

• 发表时间: 2022
• 作者: 螺澤英樹;田中宏彦;夏目祥揮;榊原武寛;中林賢二;梶田信;大野哲靖
• 通讯作者: 大野哲靖

流体コードLINDAの多流体化と直線型水素プラズマのモデリング

流体代码 LINDA 的多流化和线性氢等离子体建模

• 发表时间: 2021
• 作者: 井戸太一;夏目祥揮;田中宏彦;大野哲靖;澤田圭司;増田翔太;梶田信;畑山明聖;星野一生
• 通讯作者: 星野一生

非接触プラズマ解析のための流体・中性粒子輸送統合コードの開発

开发用于非接触式等离子体分析的集成流体/中性粒子传输代码

• 发表时间: 2022
• 作者: 大野哲靖;増田翔太;夏目祥揮;澤田圭司;田中宏彦;本郷棟太;土居健志;関谷光之;小山晟矢;井戸太一;杉浦健斗;林祐貴;星野一生
• 通讯作者: 星野一生