非接触プラズマ中性粒子輸送解明のための対向壁水素リサイクルモデリング構築

建立对壁氢回收模型以阐明非接触等离子体中性粒子输运

基本信息

批准号：
19K03800
负责人：
中村浩章
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、タングステンの分子動力学法（MD法）に取り組んだ。中性子を照射したW試料に対して、試料温度を変えて重水素プラズマ曝露を行う実験が行われた。陽電子消滅法を用いて試料中の空孔の大きさと、昇温脱離ガス分析法を用いて水素同位体の吸蔵量が評価された。この実験結果によると、プラズマ曝露温度の違いと水素同位体の有無によって空孔の大きさに変化が生じることがわかっている。そこで本研究では、水素同位体が空孔の構造変化に与える影響に着目して、分子動力学法を用いてその影響を調査し、W における空孔と水素との相互作用の解明に貢献することを目的とした。具体的には、水素が空孔の構造変化に与える影響を分子動力学法を用いて解析した。温度と空孔中の水素の数を変えてシミュレーションを行い、タングステン構造の変位・乱れ・揺らぎを三つの指標を用いて評価した。その結果、各温度で十分量の水素があると構造に変化が生じることが分かった。また、今回は空孔周辺を完全結晶としたが、実際は乱れがあるため、結果に影響を及ぼす可能性があると考えられるもう一つの成果として、炭素壁水素リサイクリングモデルにおける深層学習の適用に取り組んだ。水素リサイクリングモデルでは、炭素と水素から構成される壁に水素原子を入射し、放出される原子・分子のエネルギー等を計算する。これをさまざまな条件で行う必要があるが、分子動力学法は計算コストが高いため、深層学習を用いて結果の一部を予測することでその削減を図った。予測対象としたのは、壁からの水素分子放出の有無と放出水素分子の運動エネルギー分布である。前者に関しては約9 割の精度で予測ができた一方、後者に関しては誤差が大きかった。その要因として放出分子のサンプル数が小さいことが考えられるため、その数が大きい反射水素原子の運動エネルギー分布を対象に検証を行ったところ、小さい誤差で予測を行うことができた。

今年，我们研究了钨的分子动力学方法（MD方法）。进行了一项实验，将氘等离子体暴露于在不同样品温度下用中子辐照的W样品。使用升温的脱附气体分析方法，使用正电子歼灭方法评估样品中空位的大小和氢同位素的储存量。该实验结果表明，血浆暴露温度的差异以及氢同位素的存在或不存在导致空置大小的变化。因此，这项研究的重点是氢同位素对空孔的结构变化的影响，并使用分子动力学方法研究了它们的作用，并旨在为阐明空置孔和氢在W时之间的相互作用做出贡献。具体而言，使用分子动力学分析了氢对空孔的结构变化的影响。使用不同的温度和空置孔中的氢数量进行模拟，并使用三个指标评估了钨结构的位移，干扰和波动。结果，发现如果在每个温度下有足够的氢，则结构会发生变化。此外，尽管这次空置孔周围的区域完全结晶，但结果却被扭曲了，并且可能影响结果的另一个成就是将深度学习应用于碳壁回收模型中。在氢回收模型中，氢原子入射在由碳和氢制成的壁上，并计算了释放的原子和分子的能量。这必须在各种条件下完成，但是由于分子动力学方法在计算上很昂贵，因此我们通过使用深度学习来预测结果的一部分来减少这一点。预测的目标是从壁释放的氢分子以及释放的氢分子的动能分布。预测前者的精度约为90％，而后者的误差很大。作为一个因素，人们认为发射分子的样品数量很小，当我们研究了反射的氢原子的动能分布（具有很大数量的氢原子）时，我们能够以较小的误差进行预测。