電子サイクロトロン電流駆動効率改善のための準光学的なビーム入射条件の解明

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1.大型ヘリカル装置においてPARADEコードを実験検証した成果を論文にまとめた。2021年に完了済。2.新しく開発した電流駆動計算モジュールの妥当性を検証するため、従来の幾何光学的なコードとの比較を行った。計算はJT-60SAで予定されている幾つかの典型的なプラズマ条件において行った。開発したモジュールの新しい点は、準光学光線追跡コードPARADEによって非一様な吸収を考慮した入射電磁波ビームの位相・強度分布から波数分布を再構成することで、ビーム分布の崩れとそれによる軌道変化、即ち散逸性伝搬まで含めて準線形拡散係数の分布を求められる点である。電磁波ビームが共鳴吸収層に対して垂直気味に入射する条件では新しいモジュールと従来のコードによる計算結果は一致した。一方で、共鳴吸収層に対する入射角が浅くなるにしたがい、新しいモジュールによる計算結果には散逸性伝搬を考慮できることによる駆動電流分布の広域化が確認された。以上より、十分妥当な検証結果が得られた。3.アメリカDIII-D装置において先行している、装置上方に設置されたアンテナから入射した電磁波ビームによる電流駆動効率の改善実験を、開発した電流駆動計算モジュールを用いて解析し、DIII-Dの研究チームにその結果を共有した。4.当初の研究計画にはなかったが、より精密な駆動電流解析のため、随伴法を用いないフォッカープランクコードの開発及びPARADEとの統合計算について、検討を開始した。5.核融合原型炉JA-DEMOにおいて、装置外側からの電磁波ビーム入射による電流駆動を評価した。相対論効果によって入射電磁波ビームの伝搬経路上に広域に渡る高次の共鳴吸収が出現し、局所的な電流駆動が困難な状況が現れることが判明した。そこで電磁波ビーム入射位置を装置上方に変更することで、駆動効率を同程度以上に維持したまま駆動電流を局所化できることを確認した。