ガス種依存性に着目した核融合非接触プラズマ中の輸送増大機構の解明

阐明非接触聚变等离子体中的输运增强机制，重点关注气体种类依赖性

基本信息

批准号：
21J11557
负责人：
夏目祥揮
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

環状型熱核融合発電炉のダイバータ板には、工学的許容熱負荷（10 MW/m2）を大きく上回る熱負荷（数百MW/m2）が加わると見積もられる。ダイバータ板への熱負荷を低減するために、プラズマと中性ガスの相互作用を利用して、ダイバータ板前面で熱流束を低減させる「非接触プラズマ」が期待されており、その物性を理解と制御が喫緊の課題である。非接触プラズマ中では、磁場を横切る間欠的な非拡散的プラズマ輸送の増大が種々の磁場閉じ込め装置で観測されている。そこで本研究では、対流的プラズマ輸送の発生機構と中性粒子との関連性について理解するために、条件付き平均法を分光計測に組み合わせることで波長分解能を持った高時間分解能計測系を開発した。本光学系を直線型ダイバータ模擬装置で生成した非接触プラズマに適用し、対流的プラズマ輸送現象の発生時刻前後に渡る発光スペクトルの挙動を観測した。高励起準位からの自然放出光の強度は、発生時刻前では大きく、放出後では小さくなることが観測できたが、その変化率は数パーセント程度であった。線強度比法によって求めた電子温度と電子密度の揺動は静電プローブの結果と一致することから、高時間分解能発光計測によって非接触プラズマ中におけるプラズマパラメータの揺動を取得できることが分かった。また、実際の核融合炉におけるプラズマ発光計測では、壁での反射光が問題となることから、装置材料の光学反射分布特性について調査した。本研究ではさらに、非接触プラズマ中における中性粒子の輸送を理解するために、流体コードと中性粒子輸送コード、衝突輻射コードを統合したシミュレーションコードを開発した。統合コードを用いて非接触プラズマを解析することで、再結合過程によって生成された準安定原子が上流へ輸送され、非接触プラズマの形成を促進する影響をもつことが分かった。

据估算，环形热核聚变反应堆偏滤板将承受数百MW/m2的热负荷，远高于工程允许热负荷（10MW/m2）。为了减少偏滤器板上的热负荷，“非接触等离子体”期望利用等离子体与中性气体之间的相互作用来减少偏滤器板前面的热通量，因此有必要了解其物理特性控制是一个紧迫的问题。在非接触等离子体中，在各种磁约束装置中观察到跨磁场的间歇性非扩散等离子体传输增强。因此，在本研究中，为了了解对流等离子体输运的产生机制与中性粒子之间的关系，我们将条件平均法与光谱测量相结合，开发了具有波长分辨率的高时间分辨率测量系统。我们将该光学系统应用于由线性偏滤器模拟器产生的非接触等离子体，并观察对流等离子体传输现象发生前后的发射光谱的行为。观察到来自高激发能级的自发发射光的强度在产生时间之前很大并且在发射之后减小，但是变化率大约是百分之几。线性强度比法测定的电子温度和电子密度的波动与静电探针的结果一致，表明非接触等离子体中等离子体参数的波动可以通过高时间分辨率发光测量获得。此外，由于在实际聚变反应堆中测量等离子体发光时，从墙壁反射的光是一个问题，因此我们研究了设备材料的光学反射分布特性。在这项研究中，我们还开发了一个集成了流体代码、中性粒子输运代码和碰撞辐射代码的模拟代码，以了解中性粒子在非接触等离子体中的输运。通过使用集成代码分析非接触等离子体，我们发现复合过程产生的亚稳态原子被向上游输送，具有促进非接触等离子体形成的作用。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Reduction of pulsed particle load with dynamic pressure induced by transient recycled neutral flux

通过瞬态再循环中性通量引起的动态压力减少脉冲颗粒负载

DOI：
10.1088/1361-6587/ac8acb
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2.2
作者：
Hayashi Yuki;Tanaka Hirohiko;Ohno Noriyasu;Kajita Shin;Morgan Thomas;van der Meiden Hennie;Scholten John;Vernimmen Jordy;Natsume Hiroki;Sawada Keiji;Masuda Shota
通讯作者：
Masuda Shota

電離進行－再結合プラズマ接続領域の広域揺動ダイナミクス

电离级数-复合等离子体连接区域的广域波动动力学

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
田中宏彦; 夏目祥揮; 梶田信; 大野哲靖
通讯作者：
大野哲靖

Measurement of the Bidirectional Reflectance Distribution Function of Tungsten Surface Sputtered in Argon Plasma

氩等离子体溅射钨表面双向反射率分布函数的测量

DOI：
10.1585/pfr.17.2405041
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0.8
作者：
NATSUME Hiroki;NOJIRI Kunpei;KAJITA Shin;USHIKI Tomohiko;SUGIE Tatsuo;KITAZAWA Sin;KIKUCHI Takanori;YOKOZUKA Tomohiro;TANAKA Hirohiko;OHNO Noriyasu;HATAE Takaki
通讯作者：
HATAE Takaki

Detached helium plasma simulation with collisional-radiative model

使用碰撞辐射模型模拟分离氦等离子体