電子サイクロトロン電流駆動の非線形効果を用いた核融合炉の電流駆動効率改善への挑戦

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トカマク型核融合炉の実現には高効率なプラズマ電流の生成（電流駆動）が不可欠である。高周波（EC波）を用いた電流駆動手法である電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）は、工学的・システム的な利点や局所電流駆動が可能といった特徴を有しているが、電流駆動効率の改善が課題である。本研究では数値解析を用いて、(1)入射パラメータスキャン、(2) 入射パワーの増大に伴う非線形効果、(3)複数EC波入射、の3項目に着目して電流駆動効率の改善を目指している。本年度においては、前年度の解析結果を踏まえ、(1)：入射パラメータスキャンにおける解析領域を拡大し、より詳細な解析を実施した。広範な入射パラメータ領域（EC波の入射周波数・入射方向・入射位置の4変数）での解析を行うために、EC波伝搬・電流駆動を高速に解析可能な光線追跡・線形解析コードを新たに導入した。核融合炉で想定される高温・高密度プラズマ条件において入射パラメータスキャンを行い、それぞれの入射パラメータに対する電流駆動効率の依存性を得ることができた。パラメータスキャン結果から、EC波の第2高調波吸収が電流駆動効率の低下を招いていることが明らかになり、高効率化には高調波吸収を回避できるような入射パラメータを選択する必要があることがわかった。また、ECCDに要求される局所電流駆動や入射パラメータの工学的な裕度といった観点で解析結果を整理することで、将来の核融合炉に適用可能な入射パラメータ領域の検討を進めている。本年度での解析結果により、上述の項目(3)：複数EC波入射における入射パラメータの選定に必要なデータベースを構築できたため、次年度は複数EC波入射の数値解析に取り組む。