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論文

炉内トリチウム

上田 良夫*; 大宅 薫*; 芦川 直子*; 伊藤 篤史*; 小野 忠良*; 加藤 太治*; 川島 寿人; 河村 学思*; 剣持 貴弘*; 斎藤 誠紀*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 88(9), p.484 - 502, 2012/09

特定領域科研費「核融合炉実現を目指したトリチウム研究の新展開」のレビューのうち第3章4節を執筆した。JT-60Uの30秒Hモード放電では外側ダイバータ板からの炭化水素の発生量が多いときに容器内に残留する水素量が増加することを示した。さらに外側ダイバータ板から発生した炭化水素がプラズマ中でどのような経路を輸送されるのかを調べるため、人為的に外側ダイバータから$$^{13}$$CH$$_{4}$$を注入する実験を行い、実験後にダイバータ・タイルを取り出しタイル上の堆積物を同定した。その結果、注入口のほぼ正面の内側ダイバータ・タイル上に$$^{13}$$Cが多量のHとともに検出された。この結果は、磁力線を横切った輸送が支配的であること、及び$$^{13}$$CとHが結合した形態で輸送された可能性が高いことを示しており、これらから中性の炭化水素、すなわち$$^{13}$$CH$$_{x}$$, x=1$$sim$$4の形態で外側ダイバータから内側ダイバータまで輸送されたと解釈される。

論文

Self-consistent integrated modelling of core and SOL/divertor transports and simulation study on transient behavior of heat load on divertor targets

清水 勝宏; 滝塚 知典; 星野 一生; 本多 充; 林 伸彦; 高山 有道*; 福山 淳*; 矢木 雅敏*

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 6 Pages, 2011/03

コア輸送とスクレイプオフ層/ダイバータでの輸送の統合モデリングを開発した。これによって、高閉じ込めコアプラズマと非接触プラズマが両立する放電シナリオについて研究することが可能となった。1.5次元コア輸送コード(TOPICS-IBとTASK)と2次元ダイバータコード(SONIC)を統合化するため、新しいMPMD並列計算システムを導入した。モンテカルロ計算を含んだ統合コードに対して、本システムは効率的なシミュレーションの実行が可能である。この統合コード(TOPICS-IB/SONIC)を用いたシミュレーション解析により、JT-60SA装置のHモード遷移に伴うダイバータの熱負荷特性を明らかにした。ELM崩壊後のダイバータ特性の過渡的挙動についても調べた。

論文

A New framework for integrated simulation model using MPMD approach

高山 有道*; 清水 勝宏; 冨田 幸博*; 滝塚 知典

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.604 - 609, 2010/08

統合シミュレーションモデル開発のために、効率的なコード開発が行えるプログラムの新しい枠組みを開発した。新しい枠組みは、MPMD(Multiple Program Multiple Data)、すなわち複数のプログラムで構成され、プログラム間のデータ通信はMPI(Message Passing Interface)を用いて行う。これまで、コードの統合化にあたって問題となっていたプログラム間の相互干渉の問題を解決した。それぞれのプログラムは独立しているので、各コードのメインテナンス、各モデルの改良が容易に行えるようになる。われわれが開発している統合ダイバータコードSONICを模擬する簡単なプログラムに対して、本枠組みを適用し、その妥当性,有益性を確認した。

論文

Kinetic modelling of impurity transport in detached plasma for integrated divertor simulation with SONIC (SOLDOR/NEUT2D/IMPMC/EDDY)

清水 勝宏; 滝塚 知典; 大宅 薫*; 井内 健介*; 仲野 友英; 高山 有道*; 川島 寿人; 星野 一生

Nuclear Fusion, 49(6), p.065028_1 - 065028_9, 2009/06

 被引用回数:52 パーセンタイル:89.25(Physics, Fluids & Plasmas)

統合ダイバータコードSONICを開発した。モンテカルロ固有の問題を解決し、モンテカルロ不純物輸送コードIMPMCとダイバータコードSOLDOR/NEUT2Dの自己無撞着な結合に成功した。運動論効果や複雑な炭化水素の解離過程を考慮するには、モンテカルロモデリングが必要である。統合ダイバータコードは、EDDYコードとの結合をさらに行うことで、ダイバータ板における損耗/再堆積の過程を含めて不純物の輸送を調べることが可能となる。JT-60Uで観測されたX点 ダイバータのダイナミクスを調べた。シミュレーションの結果、X点近傍での大きな放射損失は、ドームからスパッタされた炭化水素によるものであることがわかった。リサイクリングがない時には、温度勾配力の運動論効果により、従来の流体による評価に比べてヘリウム圧縮が改善する。しかし、ダイバータにおけるリサイクリングによりこの効果は相対的に小さくなることがわかった。

論文

Reduction of sheath potential and particle flux at a target plate by negatively charged dust particles

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; Chutov, Y.*; 高山 有道*; 滝塚 知典

Contributions to Plasma Physics, 44(1-3), p.162 - 167, 2004/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:6.89(Physics, Fluids & Plasmas)

負に荷電したダスト粒子によるダイバータ板近傍の静電ポテンシャルの形成を1次元運動論解析で調べた。負に荷電したダスト粒子はイオンシースポテンシャル降下を減少させる。大きな径(100micron)のダスト粒子はそのダスト/プラズマ密度比が小さい時($$sim$$10to-8)でも大きくポテンシャル降下を減少させる。プラズマの粒子束はダスト粒子による吸収で顕著に減少する。

論文

Particle simulation study of dust particle dynamics in sheaths

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

Contributions to Plasma Physics, 44(1-3), p.150 - 156, 2004/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.03(Physics, Fluids & Plasmas)

ダイバータプラズマの静電シースとイオン化プレシースの中のダスト粒子運動について運動量及び荷電方程式を用いた数値シミュレーションを行った。ダイバータにおけるプラズマパラメータの分布は電子衝突電離効果を取り入れた粒子シミュレーションにより求めた。大きな半径のダスト粒子はダイバータ板から放出されないことを見いだした。中サイズ半径の粒子は放出されるが板に戻される。小半径の粒子は板から放出されてダイバータプラズマ中の平衡位置に到達する。

論文

Reduction of sheath potential and dust ion-acoustic wave by negatively charged dust particles

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; Chutov, Y.*; 高山 有道*; 滝塚 知典

プラズマ・核融合学会誌, 6, p.429 - 432, 2004/00

負に荷電したダスト粒子による壁近傍の静電ポテンシャル形成について1次元運動論解析を行った。不動のダスト粒子が一様に分布する系を考える。負荷電のダスト粒子はイオンシース電位降下を減少させることを明らかにした。壁板上で電場を零とするダスト密度の閾値がある。この閾値より高いダスト密度において、静電ポテンシャルに固定振動が現れる。この振動がダストイオン音波であることを明らかにした。その波長はデバイ長のオーダーであり、ダストの密度により係数が決まる。

論文

Dynamics of dust particles coming off a wall in sheath and presheath

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

プラズマ・核融合学会誌, 6, p.752 - 755, 2004/00

壁近傍プラズマ中のダスト粒子の挙動について広範囲のダスト半径と質量にわたって調べた。ダストの運動と荷電の方程式を、1次元粒子モデルで模擬されたシースと電離プレシースを持つプラズマ中で解析した。ダスト粒子に働く電場とイオン抗力の釣り合いから、挙動について二つの臨界ダスト半径が存在することがわかった。第一臨界半径は壁に留められる条件、第二臨界半径は短域振動から長域振動への遷移条件である。遅延荷電効果により、第二臨界半径の質量依存性は不明瞭になる。

論文

Particle simulation study of dust particle dynamics in sheaths

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

NIFS-784, 9 Pages, 2003/10

ダイバータプラズマ中のダスト粒子運動について運動量及び荷電方程式を用いた数値シミュレーションを行った。本報では、ダイバータにおけるプラズマパラメータの分布は電子衝突電離効果を取り入れた粒子シミュレーションにより求めた結果、大きな半径のダスト粒子はダイバータ板から放出されないことを見いだした。また、中サイズ半径の粒子は放出されるが板に戻されること、小半径の粒子は板から放出されることについて記述している。

口頭

非接触プラズマにおける不純物輸送のダイバータ統合モデリング

清水 勝宏; 滝塚 知典; 大宅 薫*; 井内 健介*; 仲野 友英; 高山 有道*; 川島 寿人; 星野 一生

no journal, , 

モンテカルロ固有の問題を解決し、モンテカルロ不純物輸送コードIMPMCとダイバータコードSOLDOR/NEUT2Dのセルフコンシステントな結合を行い、統合ダイバータコードを開発した。運動論効果や複雑な炭化水素の解離過程を考慮するには、モンテカルロモデリングが不可欠である。EDDYとの結合をさらに行い、ダイバータ板における炭素材の損耗/再堆積の過程を含めて不純物の輸送を調べることを可能とした。ドームでの反射係数が大きい場合、解離途中で現れる中性炭化水素によって、磁力線を横切り、ドームとの反射を繰り返し主プラズマに混入することが明らかになった。また、ヘリウム輸送における運動論的効果を調べ、リサイクリングがない時には、温度勾配力の運動論効果により、従来の流体による評価に比べてヘリウム圧縮が改善することを明らかにした。しかし、ダイバータにおけるリサイクリングによりこの効果は相対的に小さくなることがわかった。

口頭

主プラズマと周辺プラズマ輸送の統合モデリング

清水 勝宏; 滝塚 知典; 星野 一生; 本多 充; 林 伸彦; 高山 有道*; 福山 淳*; 矢木 雅敏*

no journal, , 

ダイバータコードSONICは、これまで炉心プラズマの境界でのイオンの粒子束,熱流束を入力データとして与え、周辺プラズマの密度,温度,流速の定常分布を求めている。しかし、粒子束,熱流束は、本来炉心プラズマの閉じこめ特性が決める。また、ダイバータ特性は、中性粒子,不純物の炉心への逆流,混入を通じて、炉心プラズマの閉じ込め特性に強い影響を与える。炉心とダイバータ特性の関連を明らかにするため、SONICコードと炉心プラズマ輸送コードとの結合を行う。このプロジェクトは、核燃焼プラズマシミュレーション計画(BPSI)のフレームワークの中で始まった。こうした結合において、問題となるのは、各コードは複数の開発者により同時に改良されているため、独自性を保ちながら結合する必要が有ることである。異なる複数のプログラムがMassage Passing Interface (MPI)によりデータを必要に応じて交換し、協調して計算を進めるシステム(MPMD: Multiple Program Multiple Data)の開発を行った。

口頭

Hモード遷移後のダイバータ特性の変化

清水 勝宏; 滝塚 知典; 星野 一生; 本多 充; 林 伸彦; 高山 有道*; 福山 淳*; 矢木 雅敏*

no journal, , 

核融合炉実現のために、不純物制御の確立が不可欠である。そのため、われわれは不純物の発生/輸送のモデリングを開発し、ダイバータ特性についてのシミュレーション研究を行ってきた。それらのダイバータシミュレーションでは、セパラトリックス近くのある磁気面での粒子束,熱流束を境界条件として与えて計算が行われてきた。コアの閉じ込め特性とSOL・ダイバータの特性は互いに密接に影響するので、コアでの境界条件を入力データとして与えることはできない。本研究において、コアと周辺プラズマとの相互作用をモデルに取り込み、1次元トカマク輸送コード(TOPICS)と2次元ダイバータコード(SONIC)との統合モデリングを開発した。コアプラズマの輸送特性がLモード(通常の閉じ込め)からHモード(高閉じ込めモード)にダイナミックに変わった時、JT-60SA装置でのダイバータ特性がどう変わるか調べた。また、ELMと呼ばれる周辺MHD不安定性によるプラズマの吐き出し(ELM崩壊)に伴う、ダイバータ板への熱負荷の過渡応答についても調べた。

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