核融合原型炉の排気性能に対する中性粒子間衝突の影響

Neutral-neutral elastic scattering effect on particle exhaust in DEMO

徳永 晋介; 星野 一生; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 日渡 良爾

Tokunaga, Shinsuke; Hoshino, Kazuo; Asakura, Nobuyuki; Shimizu, Katsuhiro; Hiwatari, Ryoji

核融合原型炉ダイバータには、強大な熱流束を処理する除熱性能と、He灰によるコア燃料希釈を防ぐ十分な排気性能の両立が要求される。原型炉の熱に対してダイバータを成立せしめるにはプラズマの完全非接触化が必要と考えられる。ダイバータ板でのリサイクリングによって発生する中性粒子の増加により促進される非接触ダイバータは、磁力線に束縛されない中性粒子の二次元挙動が本質的に重要であり、このような高リサイクリング領域においては中性粒子同士の衝突(NNC)が分布形成に及ぼす影響を無視できない。また粒子排気量はサブダイバータ領域排気口位置での中性分子圧力に依存する。中性粒子分布に支配的影響を及ぼすNNCを考慮した幾何形状最適化が原型炉ダイバータ設計には不可欠である。本研究では、ダイバータシミュレーションコードSONICに中性粒子間の弾性散乱効果を実装し、非接触ダイバータおよび排気性能に対する効果の解析を行う。NNCが考慮されることにより原子・分子の平均自由行程が縮小し、ターゲット近傍にポロイダルまたラディアルに中性粒子が局在して、除熱および排気性能がダイバータ幾何形状により鋭敏になる結果が示された。

Satisfactory heat and particle exhaust capabilities against to large fusion output are both required for DEMO divertor design. It is expected that full-detach divertor is necessary to satisfy the demands. In such parameter regime, neutral-neutral collision (NNC) plays important role for neutral's density-pressure profile formation. In this study, NNC effect is implemented to divertor simulation code SONIC and its effect on detached divertor and exhaust are analyzed. It is apparently shown that neutral profile is poloidally/radially localized due to shrunk mean-free-path.