核融合プラズマにおけるアルヴェン固有モードの中性子放出スペクトルへの影響

阿尔芬本征模对聚变等离子体中子发射光谱的影响

基本信息

批准号：
18J12685
负责人：
杉山翔太
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、アルヴェン固有モードがイオン速度分布関数、核融合反応率係数、及び核融合反応生成中性子の放出スペクトルに及ぼす影響を明らかにすることである。昨年度は、ITER級重水素-三重水素プラズマを想定した数値解析を行い、アルヴェン固有モードが不安定化された場合に、燃料イオン分布関数と中性子放出スペクトルが磁力線と同方向及び逆方向に、それぞれマクスウェル分布、ガウス分布から歪み得ることを示した。このことを検証する実験を検討するためには、解析モデルの改良及び妥当性の検証を行う必要がある。そこで本年度の課題を、実験結果との比較による中性子スペクトル解析モデルの妥当性の検証、及びクーロン散乱によるイオンの速度変化を記述するモンテカルロオペレータの開発としていた。中性子スペクトル解析モデルの妥当性の検証のために、中性子放出の非等方性を観測する実験を行うことを考えた。異なる位置に設置した較正された中性子計測器が、異なる中性子発生率を示した場合、イオン分布関数のマクスウェル分布からの変化に起因する中性子放出の非等方性が存在していることになる。大型ヘリカル装置において重水素プラズマ中に中性粒子ビーム入射を行い、二箇所の位置の中性子発生率の比が計測された。中性粒子ビームの入射方向が磁力線に対して平行方向の場合と、垂直方向の場合とで、この比の異なる値が観測された。本研究で開発した解析モデルを用いて、この比の中性粒子ビーム入射方向依存性の定性的な傾向を再現し、解析モデルの妥当性を部分的に確認した。モンテカルロ衝突オペレータは、フォッカープランク衝突項のモーメントの定式化を終え、実用のためには数値計算方法の検討が必要な段階であり、今後取り組む予定である。

本研究的目的是阐明阿尔文本征模对离子速度分布函数、聚变反应速率系数和聚变反应产生的中子发射光谱的影响。去年，我们假设ITER级氘氚等离子体进行了数值分析，发现当阿尔文本征模失稳时，燃料离子分布函数和中子发射谱与中子发射谱同向和反向移动。分别表明麦克斯韦分布可以从高斯分布中扭曲。为了考虑通过实验来验证这一点，有必要改进分析模型并验证其有效性。因此，今年的任务是通过与实验结果进行比较来验证中子能谱分析模型的有效性，并开发蒙特卡罗算子来描述库仑散射引起的离子速度的变化。为了验证中子能谱分析模型的有效性，我们考虑进行实验来观察中子发射的各向异性。如果放置在不同位置的校准中子仪器显示出不同的中子生产率，则由于离子分布函数相对于麦克斯韦分布的变化，中子发射存在各向异性。将中性粒子束注入大型螺旋装置中的氘等离子体中，测量两个位置的中子产生率之比。根据中性粒子束的入射方向是平行于磁力线还是垂直于磁力线，观察到该比率的不同值。利用本研究中开发的分析模型，我们再现了该比率对中性粒子束入射方向的依赖性的定性趋势，并部分证实了分析模型的有效性。蒙特卡罗碰撞算子已经完成了Fokker-Planck碰撞项矩的公式化，现在正处于需要考虑实用的数值计算方法的阶段，我们计划在未来开展这一工作。

项目成果

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Modification of neutron emission spectrum by Alfven eigenmodes in a deuterium-tritium plasma

氘-氚等离子体中阿尔文本征模对中子发射光谱的修改

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shota Sugiyama
通讯作者：
Shota Sugiyama

Prediction of Neutron Emission Anisotropy for Validation of an Analysis Model for Neutron Spectra in Beam-Injected LHD Deuterium Plasmas

预测中子发射各向异性以验证射束 LHD 氘等离子体中子谱分析模型

DOI：
10.1585/pfr.14.3403123
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0.8
作者：
SUGIYAMA Shota;MATSUURA Hideaki;GOTO Takuya;NISHITANI Takeo;ISOBE Mitsutaka;OGAWA Kunihiro
通讯作者：
OGAWA Kunihiro

NBI加熱重水素プラズマにおける中性子放出の非等方性への非線形クーロン衝突効果の検討

NBI加热氘等离子体中非线性库仑碰撞对中子发射各向异性的影响研究