Development of a microscale RF sheath model including a point of tangency between a magnetic field line and a wall surface

开发包含磁场线和墙壁表面之间的切点的微型射频护套模型

• 批准号: 22K03577
• 负责人: 河野 晴彦
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03577/
• 关键词: シース; 高周波加熱; 磁場核融合; 有限要素法; RFシース; 磁場閉じ込め核融合; プラズマ物理学; 数値解析

トカマク型核融合炉において高周波（RF）波動加熱を適用する場合に重要となるシース電圧やシース内部の電力散逸を正しく予測するために、研究代表者らはこれまでの研究で有限要素法に基づくrfSOLコードを構築し、改良してきた（Kohno, et al., Comput. Phys. Comm. 220, 129 (2017)）。このコードで適用するシース境界条件に含まれるシースインピーダンスパラメータは四つの物理量に依存する関数であり、それはマイクロスケールのRFシースモデルを用いた計算を通して得られたものである（Myra, Phys. Plasmas 24, 072507 (2017)）。上記のRFシースモデルは1次元領域に適用されたものであるため、シース幅の時間平均値と壁面の曲率半径が同程度となる付近では、計算結果の正確さに問題が生じる可能性がある。そこで研究代表者らは、2次元領域に適用しうるマイクロスケールRFシースモデルに基づく有限要素スキームを開発し、新たなシース境界条件の構築を最終目標に設定した上で、壁面の隆起を伴う2次元解析領域内で様々な条件下の計算を行った。その成果は、近々、計算方法や数値解析を扱う科学学術雑誌に投稿する予定である。この2次元マイクロスケールRFシースモデルを磁力線と壁面の接点を有する場合に適用する際に、解決すべき主要な問題が二つある。まず、現在のスキームでは電流の連続性を局所で満たすために磁力線に沿って節点を配置する計算格子を用いているが、この方法では磁力線と壁面が接するときに格子が崩壊する。次に、Maxwell-Boltzmann近似は接点近傍で満たされないため、電子密度を決定するための新たな式が必要となる。これらの問題に取り組むことが本研究の目的であり、初年度では解決方法の案をいくつか出すことができた。詳細は「現在までの進捗状況」で述べる。

In order to correctly predict the cell voltage and power dissipation inside the cell, which are important in applications where high-frequency (RF) ratio heating is applicable in the Tokaku-type nuclear fusion furnace, research representative Rakuchi has conducted research on the construction and improvement of the rfSOL software based on the finite element method (Kohno, et al., Comput. Phys. Comm. 220, 129 (2017)）。The application of these conditions includes the following: (Myra, Phys. Plasmas 24, 072507 (2017)) The above RF model is applicable to the 1-dimensional domain. The time average value of the model amplitude and the curvature radius of the wall surface are close to each other. The calculation result is correct. The possibility of the problem arises. The representative of this research is to set up the final goal of the construction of the finite element space and the new boundary condition in the application of the two-dimensional domain, and to calculate the calculation under the conditions of the two-dimensional domain. The results of the study are based on the analysis of the data and the calculation methods. This two-dimensional model is applicable to the case of magnetic line and wall contact, and solves the main problems. The current is connected to the magnetic field along the nodes of the grid. The grid is connected to the magnetic field along the walls of the grid. Second, Maxwell-Boltzmann approximation is necessary to determine the electron density near the junction. The purpose of this study is to solve the problem in the early years. Details are described in "Current progress status".

项目成果

Two-dimensional extension of the nonlinear microscale fluid model for radio-frequency sheaths

射频鞘非线性微尺度流体模型的二维扩展

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Kohno;J. R. Myra
• 通讯作者: J. R. Myra

Lodestar Research Corporation(米国)

Lodestar 研究公司（美国）

Magnetic potential based formulation for linear and non-linear 3D RF sheath simulation

基于磁势的线性和非线性 3D RF 护套模拟公式

• DOI: 10.1088/1741-4326/aca6f9
• 发表时间: 2023
• 期刊: Nuclear Fusion
• 影响因子: 3.3
• 作者: S. Shiraiwa;N. Bertelli;W. Tierens;R. Bilato;J. Hillairet;J. Myra;H. Kohno;M. Poulos;M. Ono
• 通讯作者: M. Ono