Investigation of Radial Dynamics on Detached Divertor Plasma with Coupling Model between Magnetized Plasmas Characterized by Different Current Mechanisms

利用不同电流机制表征的磁化等离子体之间的耦合模型研究分离偏滤器等离子体的径向动力学

基本信息

批准号：
19K03787
负责人：
長谷川裕記
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

磁場閉じ込め核融合装置の境界領域では磁力線終端部にダイバータ板と呼ばれる受熱板があり、そこに至るプラズマの熱流を低減させるために、中性ガスの導入によってプラズマをダイバータ板から離すプラズマ非接触化が提案されている。このときのプラズマを「非接触プラズマ」と呼ぶが、磁場閉じ込め核融合実現のためには、この非接触プラズマによる熱流の制御が必要不可欠である。本課題では、非接触プラズマを電流機構の異なる磁化プラズマ結合系としてとらえた理論モデルを構築し、先進的な数値計算、直線型装置実験との相互検証を重ねることにより、非接触プラズマにおける径方向ダイナミクスの解明をめざしている。令和4年度は、これまで開発を進めてきた3次元静電粒子シミュレーションコードを用いて、初期に径方向の密度勾配のみを与えたプラズマから径方向輸送が生じる過程を再現する大規模計算を実行した。その結果、初期に磁力線方向に短波長な密度揺動が成長したのち、長波長な揺動へ遷移すること、また、粒子束の観測から、密度揺動の成長により現れた高密度なプラズマ構造が外側方向へ輸送されることが示された。今後は、本コードに非接触プラズマを再現するための素過程の導入を進め、当該コードによる計算と理論モデルとの比較を通じて、非接触時の輸送機構の解明をめざす。他方、直線装置であるNAGDIS-IIでは、静電プローブと高速カメラの同時計測ならびに条件付き平均とトモグラフィ解析を併用した多次元時空間挙動抽出法をこれまでに開発している。2022年度はオランダDIFFER研究所の超伝導直線装置Magnum-PSIに対して同計測を適用することで、異なるパラメータ領域における非接触プラズマ揺動信号を取得した。さらに、筑波大学の所有するミラー配位の直線装置GAMMA10/PDXにおける接触・非接触プラズマ揺動特性を解析し、その結果を学術論文にまとめ出版した。

在磁约束聚变装置的边界区域，在磁场线的末端有一个称为偏滤器板的受热板，为了减少到达它的等离子体的热流，在其中通入中性气体。提出了将等离子体与偏滤器板分离，使得等离子体非接触。此时的等离子体被称为“非接触等离子体”，通过该非接触等离子体控制热流对于实现磁场约束聚变至关重要。在这个项目中，我们将构建一个理论模型，将非接触等离子体视为具有不同电流机制的磁化等离子体耦合系统，并通过先进的数值计算和线性装置实验的重复相互验证，我们的目标是阐明其动力学。在2020财年，我们将使用我们一直在开发的三维静电粒子模拟代码来执行大规模计算，再现最初仅给出径向密度梯度的等离子体发生径向传输的过程。结果发现，磁场线方向的短波长密度涨落最初增长后，出现了向长波长涨落的过渡，从粒子通量的观察来看，高密度等离子体由于密度波动的增长而出现结构被证明是向外输送的。将来，我们将在该代码中引入重现非接触等离子体的基本过程，并旨在通过将使用该代码的计算与理论模型进行比较来阐明非接触条件下的输运机制。另一方面，利用线性仪器NAGDIS-II，我们开发了一种多维时空行为提取方法，该方法使用静电探针和高速相机进行同步测量，以及条件平均和断层扫描分析。 2022年，我们对荷兰DIFFER研究所的Magnum-PSI超导线性仪器进行了同样的测量，获得了不同参数区域的非接触等离子体涨落信号。此外，我们还分析了筑波大学拥有的GAMMA10/PDX镜坐标线性装置的接触和非接触等离子体涨落特性，并在学术论文中发表了结果。