Research for ELM suppression in fusion reactors with metallic wall

令和4年度は，研究代表者が開発したプラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果を考慮した拡張MHD安定性解析コードMINERVA-DIを用いて，米国DIII-D装置におけるエッジローカライズドモード（ELM）抑制運転の1つであるquiescent H-mode (QH-mode)およびELMy H-modeにおけるMHD安定性について解析を行い，ELM抑制の鍵となる物理的特徴の解明を試みた．令和3度までに，QH-modeではプラズマ電流を主因として発生するMHDモード（キンク・ピーリングモード，K/PM）が回転によって安定化されることを明らかにし，この安定化がQH-modeにおいて観測される周辺高調波振動(EHO)を引き起こす要因と考えられることを示した．令和4年度の解析は，この理解を基に前述の2つの条件における解析を行った．その結果，QH-modeではEHOの原因となるK/PM，ELMy H-modeではELMの原因となるピーリング・バルーニングモード（PBM）が不安定であることを確認した．次に，「イオン温度、電子密度分布の違い」，「圧力ペデスタル分布の位置の違い」に着目して，MHD安定性に対するこれらの影響について評価した．その結果，主にイオン温度が高いほどPBMが安定化されること，圧力ペデスタルの位置がプラズマ表面に近づくほどK/PMが不安定化されることを明らかにした．実際に，QH-modeはELMy H-modeに比べて「ペデスタルイオン温度が約２倍」，「圧力ペデスタルがプラズマ表面に近い」分布を持っていたためELMは発生しづらくEHOが発生しやすい状況であることを明らかにした．本成果は，JT-60SAやITER，原型炉においてQH-mode運転を行うためのプラズマ分布制御に指針を示したものであり，結果をまとめた論文がNuclear Fusion誌に掲載された．

令和4年度は，研究代表者が開発したプラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果を考慮した拡張MHD安定性解析コードMINERVA-DIを用いて，米国DIII-D装置におけるエッジローカライズドモード（ELM）抑制運転の1つであるquiescent H-mode (QH-mode)およびELMy H-modeにおけるMHD安定性について解析を行い，ELM抑制の鍵となる物理的特徴の解明を試みた．令和3度までに，QH-modeではプラズマ電流を主因として発生するMHDモード（キンク・ピーリングモード，K/PM）が回転によって安定化されることを明らかにし，この安定化がQH-modeにおいて観測される周辺高調波振動(EHO)を引き起こす要因と考えられることを示した．令和4年度の解析は，この理解を基に前述の2つの条件における解析を行った．その結果，QH-modeではEHOの原因となるK/PM，ELMy H-modeではELMの原因となるピーリング・バルーニングモード（PBM）が不安定であることを確認した．次に，「イオン温度、電子密度分布の違い」，「圧力ペデスタル分布の位置の違い」に着目して，MHD安定性に対するこれらの影響について評価した．その結果，主にイオン温度が高いほどPBMが安定化されること，圧力ペデスタルの位置がプラズマ表面に近づくほどK/PMが不安定化されることを明らかにした．実際に，QH-modeはELMy H-modeに比べて「ペデスタルイオン温度が約２倍」，「圧力ペデスタルがプラズマ表面に近い」分布を持っていたためELMは発生しづらくEHOが発生しやすい状況であることを明らかにした．本成果は，JT-60SAやITER，原型炉においてQH-mode運転を行うためのプラズマ分布制御に指針を示したものであり，結果をまとめた論文がNuclear Fusion誌に掲載された．