Response of fusion gain to density in burning plasma simulation on JT-60U

JT-60Uにおける燃焼模擬実験での核融合増倍率の密度に対する応答

竹永 秀信; 久保 博孝; 末岡 通治; 川俣 陽一; 吉田 麻衣子; 小林 進二*; 坂本 宜照; 飯尾 俊二*; 下村 浩司*; 市毛 尚志; 平塚 一 ; 坂本 隆一*; 三浦 幸俊

Takenaga, Hidenobu; Kubo, Hirotaka; Sueoka, Michiharu; Kawamata, Yoichi; Yoshida, Maiko; Kobayashi, Shinji*; Sakamoto, Yoshiteru; Iio, Shunji*; Shimomura, Koji*; Ichige, Hisashi; Hiratsuka, Hajime; Sakamoto, Ryuichi*; Miura, Yukitoshi

JT-60Uでは、DT核融合反応率の温度依存性を考慮した燃焼模擬実験手法を開発してきた。ここでは、密度とイオン温度の実時間計測値を用いてアルファ加熱模擬用の加熱パワーを計算している。核融合炉での燃料密度制御による燃焼制御性を解明するために、模擬外部加熱パワー一定のもとでの模擬核融合増倍率の密度に対する応答を調べた。イオン温度1020keVでの温度依存性に相当するイオン温度の2乗に比例する核融合反応率を仮定した場合には、密度の2乗より強い模擬核融合増倍率の密度依存性を観測した。1.5次元輸送コードの解析により、この強い密度依存性は閉じ込め特性の変化と圧力分布の変化により引き起こされていることを明らかにした。一方、イオン温度40100keVでの温度依存性に相当するイオン温度に依存しない核融合反応率を仮定した場合には、閉じ込め特性の変化や圧力分布の変化によらず模擬核融合増倍率は密度の2乗に比例した。

A burning plasma simulation scheme has been developed with consideration for temperature dependence of the DT fusion reaction rate in JT-60U. The heating power for the simulation of alpha particle heating was calculated using real-time measurements of density and ion temperature. Response of a simulated fusion gain to the density was investigated in this scheme with constant heating power for the simulation of external heating, in order to understand burn controllability by the fuel density in a fusion reactor. When temperature dependence of the fusion reaction rate was assumed as square of ion temperature, density dependence of the simulated fusion gain stronger than square of density was observed. Transport analysis using a 1.5 dimension transport code indicated that the strong density dependence is induced due to both change in a confinement improvement factor and change in a pressure profile.