Merging and Neutral Beam Injection for Generation and Sustainment of Ultra High Beta Spherical Tokamak

用于生成和维持超高 Beta 球形托卡马克的合并和中性束注入

• 批准号: 20J21551
• 负责人: 田中 遥暁
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21551/
• 关键词: イオンドップラー分光法; 四重極状ポテンシャル; 面内電場; NPA; NBI; NBI実装; NPA容器製作; 電磁石製作; イオン加速・加熱; NBI開発; ファラデーカップ; 軌道計算; NPA開発; 光学設計; イオン加熱特性

トカマク合体法による核融合点火温度への効率的なプラズマ加熱シナリオの開拓を目標として、東京大学TS-6プラズマ合体装置を用いて、以下のテーマに沿って研究を進めた。（１）トカマク合体中の高ガイド磁場リコネクションで生じる四重極状ポテンシャル構造がイオンの加速・加熱に及ぼす影響をまとめた。四重極状ポテンシャルはトカマク合体領域でグローバルに形成されており、それに伴う面内電場とイオン加熱の大きさが正の相関にあることを明らかにした。（２）加工が完了したNPA高エネルギー粒子計測システムの電磁場性能を評価した。設計・製作した電磁石の静磁場分布を計測し、ターゲット粒子のエネルギー計測に十分な設計値通りの均一な磁場分布が計測領域で確認できた。しかしながらNPA容器の真空度が悪く、TS-6装置に接続して高エネルギー粒子計測まで実施することができなかった。（３）TS-6装置に取り付け完了したNBIの運転を開始した。イオン源生成に十分な真空度を達成し、新しく改造したワッシャーガンによるイオン源用プラズマ生成に成功した。ゆえにTS-6トカマク合体実験におけるパルス運転に最適な、エネルギー効率の高いイオン源の開発を完了した。続いて、イオン源からイオンビームを引き出すための加速電源の修理を行い、電極への接続後、ビーム引き出し実験を開始した。しかしながら、ワッシャーガンプラズマ生成時に加速電極とアース部分が短絡し、加速電圧が完全に降伏してしまい、所望のビームエネルギーの引き出しを行うことができなかった。（４）高磁場環境での合体加熱実験を行う英国核融合ベンチャーのトカマクエナジーにおける実験プログラムに参加し、合体加熱シナリオ最適化をめざして短期間渡英し、東京大学のドップラートモグラフィ分光を用いたイオン温度計測システムのセットアップを行った。

ト カ マ ク fit method に よ る nuclear fusion ignition temperature へ の sharper rate な プ ラ ズ マ heating シ ナ リ オ の pioneering を target と し て, Tokyo university of TS - 6 プ ラ ズ を マ fit device with い て, the following の テ ー マ に along っ て research を into め た. (1) ト カ マ ク fit in high の ガ イ ド magnetic リ コ ネ ク シ ョ ン で raw じ る quad pole shape ポ テ ン シ ャ ル tectonic が イ オ ン の に of acceleration, heating and ぼ す influence を ま と め た. Four heavy pole shape ポ テ ン シ ャ ル は ト カ マ ク fit field で グ ロ ー バ ル に form さ れ て お り, そ れ に with う in-plane electric field と イ オ ン heating の big き さ が is の phase masato に あ る こ と を Ming ら か に し た. (2) After processing が is completed, the <s:1> たNPA particle meter measures the システム <s:1> electromagnetic field performance and を evaluates the 価 た た. Design, production of し た electromagnet の static magnetic field distribution を measuring し, タ ー ゲ ッ ト particle の エ ネ ル ギ ー measuring に very な design numerical flux り の な uniform magnetic field distribution が で measuring field confirm で き た. し か し な が ら NPA container の vacuum が 悪 く, TS - 6 device に 続 し て high エ ネ ル ギ ー particle measuring ま で す be applied る こ と が で き な か っ た. (3) The TS-6 device に takes に, け is completed, <s:1> NBI <s:1> transport 転を begins, <s:1> た. イ オ ン source generated に very な vacuum を reached し, new し く transformation し た ワ ッ シ ャ ー ガ ン に よ る イ オ ン source with プ ラ ズ マ generated に successful し た. ゆ え に TS - 6 ト カ マ ク fit be 験 に お け る パ ル ス transport planning に optimal な, エ ネ ル ギ ー sharper rate high の い イ オ ン open source の 発 を finished し た. 続 い て, イ オ ン source か ら イ オ ン ビ ー ム を lead き out す た め の acceleration power line repair の を い, electrode へ の after 続, ビ ー ム lead き out し be 験 を began し た. し か し な が ら, ワ ッ シ ャ ー ガ ン プ ラ ズ マ generated when に acceleration electrode と ア ー ス part が short collaterals し, accelerating electric 圧 が に completely subdue し て し ま い, hoped の ビ ー ム エ ネ ル ギ ー の lead き out し を line う こ と が で き な か っ た. (4) high magnetic field environment で の fit heating be 験 を line う British nuclear fusion ベ ン チ ャ ー の ト カ マ ク エ ナ ジ ー に お け る be 験 プ ロ グ ラ ム に し and fit the heating シ ナ リ オ optimization を め ざ し て crosse the し, university of Tokyo during short の ド ッ プ ラ ー ト モ グ ラ フ ィ spectral を with い た イ オ ン thermometer measured シ ス テ ム の セ ッ ト ア ッ プ っ を line Youdaoplaceholder0.

项目成果

球状トカマク合体における高ガイド磁場リコネクションによる 多段階イオン加熱

球形托卡马克并合中高引导磁场重联的多级离子加热

• 发表时间: 2021
• 作者: 田中遥暁;田辺博士;小野靖
• 通讯作者: 小野靖

Investigation of Quadrupole Potential Dependency on Reconnecting Magnetic Field during Tokamak Merging / Reconnection

托卡马克并合/重联过程中四极子势对重联磁场依赖性的研究

• DOI: 10.1541/ieejfms.143.63
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials
• 作者: Tanaka Haruaki;Cai Yunhan;Tanabe Hiroshi;Ono Yasushi
• 通讯作者: Ono Yasushi

ST合体を用いた高ガイド磁場リコネクションの多段階スケールにおけるイオン加熱

使用 ST 聚结进行多步离子加热以实现高引导磁场重联

• 发表时间: 2020
• 作者: 田中遥暁;田辺博士;曹慶紅;小野靖
• 通讯作者: 小野靖

Global Ion Heating during ST Merging Driven by High Guide Field Reconnection

高导场重联驱动 ST 合并期间的全局离子加热

• DOI: 10.1585/pfr.16.2402068
• 发表时间: 2021
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: TANAKA Haruaki;TANABE Hiroshi;CAO Qinghong;ONO Yasushi
• 通讯作者: ONO Yasushi

Multistage ion heating during high guide field reconnection associated with plasmoid formation

与等离子体团形成相关的高引导场重连接过程中的多级离子加热

• 发表时间: 2021
• 作者: H.Tanaka;H.Tanabe;Y.Ono
• 通讯作者: Y.Ono