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

利用电子回旋加速器电流驱动的非线性效应提高聚变反应堆电流驱动效率的挑战

• 批准号: 22KJ0179
• 负责人: 清野 智大
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0179/
• 关键词: 電子サイクロトロン電流駆動; 電流駆動効率; パラメータスキャン; 上部入射; 速度分布関数

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。

高效的等离子体电流产生（电流驱动）对于实现托卡马克型聚变反应堆至关重要。电子回旋电流驱动（ECCD）是一种利用高频（EC波）的电流驱动方法，具有工程和系统优势以及局部电流驱动的可能性，但很难提高电流驱动效率，这是一个挑战。在这项研究中，我们的目标是利用数值分析来提高电流驱动效率，重点关注三个方面：（1）入射参数扫描，（2）由于入射功率增加而产生的非线性效应，以及（3）多重EC波注入。今年，在去年分析结果的基础上，（1）：我们扩大了事件参数扫描的分析范围，进行了更详细的分析。为了对广泛的入射参数（4个变量：EC波入射频率、入射方向和入射位置）进行分析，我们新添加了射线追踪和线性分析代码，可以快速分析EC波传播和电流驱动介绍。我们在聚变反应堆中假设的高温、高密度等离子体条件下进行了注入参数扫描，并且能够获得电流驱动效率对每个注入参数的依赖性。参数扫描结果表明，EC波的二次谐波吸收导致电流驱动效率下降，为了提高效率，需要选择能够避免谐波吸收的入射参数。此外，通过从ECCD所需的局部电流驱动和注入参数的工程余量的角度整理分析结果，我们正在着手研究可应用于未来聚变反应堆的注入参数范围。通过今年的分析，我们能够构建上述第（3）项：多次EC波注入的事件参数选择所需的数据库，因此明年我们将致力于多次EC波注入的数值分析。

项目成果

水平入射および上部入射における ECCD 電流駆動効率の入射パワー依存性

水平入射和顶部入射时 ECCD 电流驱动效率的入射功率依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 清野智大;高橋宏幸;飛田健次;福山淳;長﨑百伸;前川孝
• 通讯作者: 前川孝

核融合原型炉におけるＥＣＣＤ効率への高次共鳴吸収の影響

高阶共振吸收对聚变 DEMO 反应堆 ECCD 效率的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 清野智大;柳原洸太;高橋宏幸;松山顕之;飛田健次;福山淳;長﨑百伸;前川孝
• 通讯作者: 前川孝