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; 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。

为了正确预测鞘内的护套电压和功率耗散，在Tokamak型融合反应堆中应用高频（RF）波加热时，研究人员基于有限元元素在先前的研究中构建和完善的RFSOL代码（Kohno等，Comput。该代码中应用的鞘边界条件中包含的鞘阻抗参数是取决于四个物理量的函数，这些函数是通过使用显微镜RF鞘模型（Myra，Phys。Phich。24，072507（2017））通过计算获得的。由于上述RF鞘模型被应用于一维区域，因此计算结果的准确性可能在平均鞘宽宽度和壁表面的曲率半径的附近可能出现。因此，研究人员开发了一种有限的元件方案，该方案基于微观RF鞘模型，该模型可以应用于二维区域，并设定了创建新的鞘界边界条件的最终目标，然后在二维分析区域内的各种条件下执行的计算，并具有凸起的壁表面。结果很快将发布在涉及计算方法和数值分析的科学期刊中。在磁场线和壁表面之间具有接触时，应用此2D微观RF鞘模型时，有两个主要问题要解决。首先，当前方案使用一种计算光栅，该计算光栅沿磁场线将节点放置在局部满足电流的连续性，但是在这种方法中，当磁场线接触墙壁表面时，光栅塌陷。接下来，麦克斯韦 - 波尔兹曼近似在接触附近没有填充，并且需要一个新的方程式来确定电子密度。这项研究的目的是解决这些问题，在第一年，我们能够提出一些解决方案。详细信息将在“进度到期”中说明。