Investigation of Radial Dynamics on Detached Divertor Plasma with Coupling Model between Magnetized Plasmas Characterized by Different Current Mechanisms

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磁場閉じ込め核融合装置の境界領域では磁力線終端部にダイバータ板と呼ばれる受熱板があり、そこに至るプラズマの熱流を低減させるために、中性ガスの導入によってプラズマをダイバータ板から離すプラズマ非接触化が提案されている。このときのプラズマを「非接触プラズマ」と呼ぶが、磁場閉じ込め核融合実現のためには、この非接触プラズマによる熱流の制御が必要不可欠である。本課題では、非接触プラズマを電流機構の異なる磁化プラズマ結合系としてとらえた理論モデルを構築し、先進的な数値計算、直線型装置実験との相互検証を重ねることにより、非接触プラズマにおける径方向ダイナミクスの解明をめざしている。令和4年度は、これまで開発を進めてきた3次元静電粒子シミュレーションコードを用いて、初期に径方向の密度勾配のみを与えたプラズマから径方向輸送が生じる過程を再現する大規模計算を実行した。その結果、初期に磁力線方向に短波長な密度揺動が成長したのち、長波長な揺動へ遷移すること、また、粒子束の観測から、密度揺動の成長により現れた高密度なプラズマ構造が外側方向へ輸送されることが示された。今後は、本コードに非接触プラズマを再現するための素過程の導入を進め、当該コードによる計算と理論モデルとの比較を通じて、非接触時の輸送機構の解明をめざす。他方、直線装置であるNAGDIS-IIでは、静電プローブと高速カメラの同時計測ならびに条件付き平均とトモグラフィ解析を併用した多次元時空間挙動抽出法をこれまでに開発している。2022年度はオランダDIFFER研究所の超伝導直線装置Magnum-PSIに対して同計測を適用することで、異なるパラメータ領域における非接触プラズマ揺動信号を取得した。さらに、筑波大学の所有するミラー配位の直線装置GAMMA10/PDXにおける接触・非接触プラズマ揺動特性を解析し、その結果を学術論文にまとめ出版した。