Study of spontaneously reciprocal formation processes of radial transport and plasma rotation in plasmas with impurities

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科研費にて購入したワークステーション上に数値計算プログラミング環境を整備し、本課題の中心となるTASK/TXコードの開発実行環境を構築した。TASK/TXの不純物拡張は、既存のトカマク実験で主たる不純物種となる炭素を扱う前提で進めている。昨年度までのTASK/TXは不純物として完全電離の炭素イオンしか扱うことが出来ず、炭素は不純物主であるがゆえに壁などから中性粒子としてプラズマ内に混入してくる過程を模擬することができなかった。そこで、スーパーステージングモデルを用いて炭素を取り扱えるように改良した。スーパーステージングモデルでは、複数の価数状態の炭素を一つの粒子種として取り扱う事ができる。核融合プラズマは高温であるため、炭素は短時間で完全電離してしまう。そのため、0価から5価までの炭素を一つの粒子種として扱うこととした。スーパーステージされた炭素は方程式上は中性粒子として扱い、ソース・シンクモデルによってスーパーステージド炭素を供給している。炭素はダイバータ標的版から叩き出される割合、ポンプで排気される割合など様々な物理的・化学的プロセスを0次元モデルとしてまとめ、ソース・シンク項としてTASK/TXに実装した。任意係数による調整がまだ必要ではあるものの、長時間シミュレーションによって、炭素の輸送損失と外部からの供給が釣り合う定常状態に到達可能である事を示した。本成果に基づき、第39回プラズマ・核融合学会年会にて口頭発表を行った。