Study of impurity injection scenario in burning plasmas

燃焼プラズマでの不純物入射シナリオの検討

竹永 秀信; 久保 博孝; 鎌田 裕; 三浦 幸俊; 岸本 泰明; 小関 隆久

Takenaga, Hidenobu; Kubo, Hirotaka; Kamada, Yutaka; Miura, Yukitoshi; Kishimoto, Yasuaki; Ozeki, Takahisa

核融合炉では、不純物入射により主プラズマ周辺部でも放射損失を増大させ、ダイバータ板への熱負荷集中を避けることが考えられている。一方で、密度勾配に比例した新古典輸送による内向き速度のため、不純物はプラズマ中心に蓄積しやすく、過度な蓄積を抑制する必要がある。本研究では、燃焼プラズマでの不純物入射シナリオを確立するために、先進定常トカマク炉(A-SSTR2)のパラメータを用いて、不純物入射により主プラズマとその周辺部で400MWの放射損失を得たときに、4GW出力に必要な閉じ込め性能と周辺密度をさまざまな不純物蓄積度,電子密度分布において評価した。評価には、1次元輸送解析コードTOPICS/IMPACTを用い、不純物はアルゴンとした。JT-60Uの内部輸送障壁を有する弱磁気シアプラズマで観測された電子の2倍程度のアルゴン蓄積度では、蓄積しない場合と比較して若干の閉じ込め改善で4GW出力を得ることが可能である。密度分布尖塔化による不純物蓄積のため必要となる閉じ込め性能の増加も小さい。一方、不純物の拡散が新古典値まで低減した場合には、尖塔化した密度分布では、強いアルゴンの蓄積により中心部の放射損失が増大し、高い閉じ込め性能が要求される。以上の結果から、アルゴンの蓄積度が電子の2倍程度であれば、尖塔化した密度分布でも不純物入射シナリオが成立することを明らかにした。

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