高温プラズマ定常保持のための閉じ込め境界層の条件と密度限界の研究

维持高温等离子体稳态的约束边界层条件和密度限制的研究

• 批准号: 10878073
• 负责人: 山田 弘司
• 金额: $ 1.28万
• 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 Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10878073/
• 关键词: 定常プラズマ; 密度限界; エルゴディック層; 中性粒子; 核融合プラズマ; LHD; 周辺プラズマ; 高温プラズマ磁場閉じ込め; 定常運転

ヘリカル系プラズマは電流崩壊がないため、密度限界付近のプラズマの振る舞いについて精査に調べることができる最適な対象と言える。一方、ヘリカル系の周辺部は磁場構造がエルゴディックになっており、最外殻磁気面というように閉じ込め境界層を一意に決定することができない。このため、磁力線の乱雑さをコロモゴロフ長によって評価し、その変化と温度、密度勾配との関係を調べた。壁への連結長とこのコロモゴロフ長の大小関係が運動論的物理量の勾配を特徴づけている示唆が得られた。また、ガスパフの位置をセパラトリックスを介したプライベート領域および、セパラトリックス構造と交差しない非プライベート領域からのガスパフ実験で、後者の粒子補給効率が著しく劣化することが明らかとなった。これはスクレープオフ層の中性粒子の流れと上記の磁場構造と密度・温度の勾配、特に実空間上の勾配が大きな役割を果たしていることを示している。プラズマは磁場に拘束されるため、磁気面という物理空間での距離、勾配が問題となるが、中性粒子は磁場に拘束されないため、背景プラズマとの平均自由行程という実距離に支配されることとなる。これら2つの系が相関した興味深い研究対象であることが再認識された。密度限界には運転限界とその下に閉じ込め性能が劣化する性能限界があることを示してきたが、今年度、ガスパフの制御特性を向上し、高密度の長時間保持を試みたところ、この性能劣化の状態がほぼ定常的に保持されることがあきらかとなった。この状態はガスパフを切ると現状の閉じ込め性能に復することから不安定な負荷逆状態であると考えていたが、予想通りでなく、今後のさらに詳しく調べる必要がある。本研究を通じて得られた知見を動機として研究代表者が取りまとめを行った共同研究の成果がプラズマ・核融合学会誌、小特集「磁場閉じ込め装置での粒子補給システムの現状と課題」にまとめられた。

The density limit is close to the current breakdown, and the vibration is close to the density limit. The magnetic field structure of the peripheral part of a square and a circular system is determined by the magnetic field structure of the outermost shell and the boundary layer. The relationship between temperature and density is adjusted. The length of the link between the wall and the wall is determined by the correlation between the length of the link and the physical quantity of the kinematic theory. The particle replenishment efficiency of the latter is deteriorating due to the position of the particles and the structure of the particles. The magnetic field structure, density and temperature of neutral particles in the upper layer are recorded, and the spatial distribution of neutral particles in the upper layer is shown. Magnetic field constraint, magnetic field constraint, neutral particle constraint, magnetic field constraint, neutral particle constraint 2. The relationship between the two systems is deeply interesting. The density limit is the limit of operation and the performance degradation is the limit of performance. The control characteristics of the density limit are the limit of operation and the performance degradation is the limit of performance. The status quo is closed, the performance is restored, the load is reversed, and the details are adjusted. This study was conducted on behalf of the Institute of Nuclear Fusion and the Institute of Magnetic Field Research.

项目成果

H.Yamada: "Energy confinement and thermal transport characteristics of net current-free plasmas in Large Helical Device"Nuclear Fusion. (掲載予定). (2001)

H.Yamada：“大型螺旋装置中无电流等离子体的能量限制和热传输特性”核聚变（即将出版）。

T.Morisaki: "Characteristics of Edge Magnetic Field Structure in LHD Heliotron"Contributions to Plasma Physics. 40・3-4. 266-270 (2000)

T.Morisaki：“LHD日光管中的边缘磁场结构的特征”对等离子体物理学的贡献40・3-4（2000）。

R. Sakamoto et al.: "Fueling Pellet Injection in LHD and Its Prospect to Steady State Operation"Journal of Plasma and Fusion Research SERIES. (掲載予定).

R. Sakamoto 等人：“LHD 中的燃料颗粒注射及其稳态操作前景”等离子与聚变研究系列杂志（待出版）。

山田弘司: "小特集「磁場閉じ込め装置での粒子補給システムの現状と課題」"プラズマ・核融合学会誌. 77・3(掲載予定). (2001)

山田浩：“小专题“磁场限制装置中粒子补充系统的现状和问题””日本等离子体与聚变科学学会杂志77/3（待出版）。

T. Morisaki et al.: "Characteristics of Edge Magnetic Field Structure in LHD Helotron"Contribution to Plasma Physics. (掲載予定).

T. Morisaki 等人：“LHD Helotron 中边缘磁场结构的特征”对等离子体物理学的贡献（即将出版）。