高性能核融合炉心プラズマ維持のための多種不純物輸送制御に関する研究

维持高性能聚变堆芯等离子体的多杂质输运控制研究

• 批准号: 19K14695
• 负责人: 矢本 昌平
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K14695/
• 关键词: 核融合; 境界層プラズマ; 不純物; シミュレーション; モデリング

本研究は、JT-60Uにおけるネオン(Ne)・アルゴン(Ar)等多種類の希ガス不純物の入射実験の数値シミュレーション解析を通じてプラズマ-不純物間の非線形な相互作用とその特性を明らかにし、JT-60SA、ITER、原型炉の運転に向けた不純物輸送制御手法を確立することを目的としている。令和4年度は、令和3年度に実施したSONICコードによるJT-60SAでのAr+Ne混合不純物入射時の過渡解析を、さらに詳細に実施した。この計算では、Ar不純物を定常的に入射しているプラズマに追加でNeを入射し、炉心プラズマ性能に影響の大きいArイオンの炉心への侵入が遮蔽される時間的振る舞いの過渡解析を行なった。Arイオンは重水素(D)イオンの流れに起因する摩擦力と、温度勾配に起因する熱力とのバランスで輸送方向が決まり、Ar単体入射時は強い熱力によりArイオンは境界層プラズマ(SOL)上流に滞留している。ここにNeを追加入射すると、Neは熱力の違いから内側ダイバータ X点近くに滞留する。その結果X点近傍でのNeの放射パワーが増大し、Arによる放射パワーが弱い領域のプラズマを冷却する。プラズマの温度が下がることで、X点近くのプラズマの圧力が下がり、SOL上流での圧力との差が広がる。この圧力の差で内側ダイバータへ向かうDイオンの流れが駆動される。ArイオンはこのDイオンの流れとの摩擦に引きずられ、SOL上流からX点近傍に運ばれる。その結果Arイオンがさらにプラズマを冷却することで一層圧力が下がり、さらにDイオンの流れが加速される。このDイオンの加速により生じる強い摩擦力が、ArをSOL上流から押し流し、炉心へのAr侵入が遮蔽されることが分かった。本成果はNe追加入射によるSOLでのAr遮蔽効果の機構を世界で初めて明らかにしたもので、プラズマ・不純物輸送の時間的制御手法の開発に指針を与える成果である。

This study は, JT - 60 u に お け る ネ オ ン (Ne), ア ル ゴ ン (Ar) and so on many kinds の bush ガ ス impurity content の incident be 験 の the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン parsing を tong じ て プ ラ ズ マ between の impurity content and the nonlinear な interaction と そ の features を Ming ら か に し, JT - 60 sa, ITER, prototyping furnace の transport planning に to け た impurity content The transport system of the imperial hand method を establishes the する とを とを とを purpose と て て る る る. Make annual は, make and 3 and 4 year に be applied し た SONIC コ ー ド に よ る JT - 60 sa で の Ar + Ne mixed impurity incident の transition when parsing を, さ ら に detailed に be applied し た. こ の computing で は, Ar impurity content を time-invariant に incident し て い る プ ラ ズ マ に additional で Ne を incident し, furnace heart プ ラ ズ マ performance に の big き い Ar イ オ ン の furnace heart へ の intrusion が covered さ れ る time vibration る dance い の transition line analytical を な っ た. Ar イ オ ン は heavy water element (D) イ オ ン の flow れ に cause す と る friction, temperature hook with に cause す る thermal と の バ ラ ン ス で conveying direction が definitely ま り は strong い thermal entrance, Ar 単 に よ り Ar イ オ ン は boundary layer プ ラ ズ マ (SOL) upper に stranded し て い る. こ こ に Ne を additional incident す る と, Ne は thermal の violations い か ら medial ダ イ バ ー タ X nearly く に stranded す る. そ の results X nearly alongside で の Ne の radiation パ ワ ー が raised し, Ar に よ る radiation パ ワ ー が weak い field の プ ラ ズ マ を cooling す る. プ ラ ズ マ の が temperature が る こ と で, X point nearly く の プ ラ ズ マ の pressure under が が り, SOL high-class で の pressure と の poor が hiroo が る. The <s:1> <s:1> pressure <e:1> difference で on the inner side ダ バ バ タへ タへ タへ タへ タへ flows れが駆 される to the <s:1> うD <s:1> and <s:1>. Ar <s:1> <s:1> <s:1> <e:1> <e:1> <s:1> D <s:1> れと れと friction に leads to ずられ ずられ, SOL flows upstream ら らX point is close to に transport ばれる. そ の results Ar イ オ ン が さ ら に プ ラ ズ マ を cooling す る こ と で layer pressure under が が り, さ ら に D イ オ ン の flow れ が accelerate さ れ る. こ の D イ オ ン の accelerate に よ り raw じ る が い friction, Ar を SOL upper か ら し し flow and furnace heart へ の Ar intrusion が covered さ れ る こ と が points か っ た. This achievement は Ne additional incident に よ る SOL で の Ar cover unseen early fruit の institutions を world で め て Ming ら か に し た も の で, プ ラ ズ マ, impurity content conveying system method of equestrian の の time open 発 に pointer を and え る results で あ る.

项目成果

Transient analysis of high-Z impurity screening by additional injection of low-Z impurity using integrated divertor code SONIC

使用集成偏滤器代码 SONIC 通过额外注入低 Z 杂质来进行高 Z 杂质筛选的瞬态分析

• DOI: 10.1088/1741-4326/acd12c
• 发表时间: 2023
• 期刊: Nuclear Fusion
• 影响因子: 3.3
• 作者: Yamoto Shohei;Hoshino Kazuo;Homma Yuki;Nakano Tomohide;Hayashi Nobuhiko
• 通讯作者: Hayashi Nobuhiko

Simulation study of mixed-impurity seeding with extension of integrated divertor code SONIC

• DOI: 10.1088/1361-6587/ab6f9b
• 发表时间: 2020-04-01
• 期刊: PLASMA PHYSICS AND CONTROLLED FUSION
• 影响因子: 2.2
• 作者: Yamoto，Shohei;Hoshino，Kazuo;Hayashi，Nobuhiko
• 通讯作者: Hayashi，Nobuhiko

統合ダイバータコードSONICの過渡解析による非接触状態ダイバータプラズマ遷移に対する入射不純物の輸送の影響

通过集成偏滤器代码 SONIC 的瞬态分析，研究入射杂质传输对非接触偏滤器等离子体转变的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: 矢本 昌平; 星野 一生; 本間 裕貴; 仲野 友英; 佐野 竜一; 林 伸彦
• 通讯作者: 林 伸彦

Improved screening effect of seeded high-Z impurity through SOL plasma flow enhanced by additional low-Z impurity injection

通过额外的低 Z 杂质注入增强 SOL 等离子体流，提高了种子高 Z 杂质的筛选效果

• 发表时间: 2021
• 作者: Yamoto Shohei; Hoshino Kazuo; Homma Yuuki; Nakano Tomohide; Hayashi Nobuhiko
• 通讯作者: Hayashi Nobuhiko

Improvements of impurity transport modelling by integrated divertor code SONIC and its application to predictive simulation of future devices

通过集成偏滤器代码 SONIC 改进杂质传输建模及其在未来器件预测仿真中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Yamoto Shohei; Hoshino Kazuo; Homma Yuuki; Nakano Tomohide; Hayashi Nobuhiko
• 通讯作者: Hayashi Nobuhiko