核燃焼プラズマ内部・周辺構造の大域的相互作用によるプラズマ境界自己構造形成の研究

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本研究課題では、炉心プラズマの周辺部に形成される輸送障壁によって閉じ込めが改善される放電モード(Hモード)であるHモードプラズマの空間分布構造を理解するため、プラズマを乱流的輸送が支配する炉心内部プラズマ及び電磁流体力学的不安定性が構造を決定する周辺プラズマを分離し、両者を繋ぐ大域的な相互作用を理解することを目的としている。今年度は特にHモードプラズマにおける順方向トロイダル回転に伴うエネルギー閉じ込め性能が向上する実験事実に着目し、このメカニズムを理解することに重点を置いた研究を実施した。独立行政法人日本原子力研究開発機構のJT-60Uにおける実験結果からプラズマコア部の熱輸送は、トロイダル回転分布の変化に対して、自己相似的な温度分布を保つように変化することが分かった。一方で、順方向トロイダル回転の増加とともにペデスタル圧力は増加した。これらの結果から、Hモードプラズマにおける順方向トロイダル回転に伴うエネルギー閉じ込め性能の向上は、ペデスタル圧力の上昇にともなうペデスタルエネルギーの増加、並びにペデスタル温度上昇を伴う温度分布の硬直性によってもたらされるコア部の熱輸送低減によって決まることが分かった。また、プラズマコア部におけるトロイダル回転分布の熱輸送に対する局所的な影響は非常に小さいことが分かった。一方で、米国ジェネラルアトミックス社のDIII-D装置では、ペデスタルエネルギーの増加は順方向トロイダル回転に伴うコア部の圧力の増加が原因となっているという実験結果が得られている。両装置とも傾向は異なっているが、炉心内部プラズマと周辺プラズマには大域的な相互作用な存在する結果が明確に得られており、今後、トロイダル運動量入力やトロイダル回転分布等についてより広範囲にわたる実験を行い、ペデスタル構造や温度分布のパラメータ依存性を明らかにする必要がある。