1 / 6
イ ン質量 乱流抑制 を解明
- 核融合 性能向 繋 理論研究 大 く進展 -
概要
自然科学研究機構 核融合科学研究所 岐阜県土岐市 所長•竹入康彦 数値実験
炉研究 ェ 仲田資季助教 研究 古屋大学大学院理学
研究科 研究科長 杉山直 渡邉智彦教授 共 研究 イ ン質量 大
場合 磁場 閉 込 た 中 乱 乱流 抑制さ 熱や粒子
損失 減 いう物理 を理論 ュ ョン研究 解明
た 研究成果 物理 核融合研究当初 世界中 実
験 共通 長 く謎 あ た 軽水素 比べ 重水素 性能
向 現象 イ ン質量効果 全容解明 向 た革新的 成果 あ 今後 理
論及び実験研究 進展 大 く貢献 期待さ 本研究成果を た論文
成 月 初 旬 米 国 物 理 学 会 発 行 科 学 雑 誌 Physical Review
Letters 掲載さ
研究成果を た論文
掲載誌 Physical Review Letters, Volume 118 Issue 14 (2017)
論文 イ : Isotope effects on trapped-electron-mode driven turbulence and zonal flows in helical and tokamak plasmas
(日本語訳: び 捕捉電子 駆動乱流
体質量効果)
著者情報: 1Motoki NAKATA (仲田資季), 1Masanori NUNAMI (沼波政倫), 1Hideo SUGAMA (洲鎌英雄), and 2Tomo-Hiko WATANABE (渡邉智彦)
著 者 所 属: 1National Institute for Fusion Science (核 融 合 科 学 研 究 所) 2Department of Physics, Nagoya University ( 古屋大学大学院理学研究科)
2 / 6
研究 背
核融合発電 ツ う 環状 多数 電子やイ ン 構成さ
気体 熱や粒子を強い磁場 閉 込 億 以 高温状態を高い密 長時間
維持 必要 あ 一日 早い実現を目指 世界各国 型や 型
※
等 実験装置 い 研究 進 い 核融合科学研究所 大型
装置(LHD) 更 性能向 を目指 成 月７日 重水素を用い た 実験を開始 た LHD 先立 世界各国 行わ い 多く
実験 通常 水素 軽水素 イ ン 倍 質量を持 重水素イ ンを用い 熱や粒子 閉 込 改善 性能 向 現象 イ ン質量効果
※
観測さ い イ ン質量 増大 う 性能改善 い
そ 詳 い物理 分 物理 核融合研究当初 長
わた 最 重要 未解決問題 一 い
イ ン質量効果 解明 実験研究 加え 理論 計算機 ュ ョン研究 重
要 役割を担 い 磁場 閉 込 た 中 様々 波 存在
特定 条件 そ 時間 成長 波 安定性 呼 現象 発生
あ 成長 た波 や 流 や渦 作 出さ 高温状態
そ 規則 乱 た 乱流 状態 乱流 発遉 部
乱さ 熱や粒子 閉 込 劣化 うた 実験観測や パ コン
ュ を駆使 た ュ ョン 乱流 研究 進 い
研究 乱流中
※
呼 特 流 構造
自発的 形成さ 明 い 互い 逆向 流
いく 連 た縞状 構造を 乱流を抑制 重要 役割を担う 分
い 乱流や 詳 い発生条件や物理 未
解明 部分 多く い そ 対 イ ン質量 遊い た 影響 理論的
明 実験 観測さ い 閉 込 改善現象を 確 予測 更
性能向 可能 た 研究 進展 大い 期待さ い
研究成果
本研究 磁力線 沿 往復運動 電子(捕捉電子) 引 起 さ 安定 性(捕捉電子 安定性
※ ) そ 発遉 乱流 詳 い解析を 当研究所
ュ や理化学研究所 京 い た最新鋭 パ コン ュ を駆使 た
次元 乱流 ュ ョン
※
実現 た ュ ョン 結果 密
高い 高性能 い イ ン質量 影響 顕著 現 を明
時 電子 イ ン 衝突 生 出 作用 乱流 抑制さ いう詳 い
物理 を解明 た た そ 現象 型 型 共通
存在 発見 た 遍的 観測さ い イ ン質量効果
解明 高性能化 鍵を握 重要 一 を突
3 / 6
た
乱流抑制 詳細 以 捕捉電子 安定性 引 起
さ た乱流 熱や粒子 閉 込 を劣化さ 中を飛び交う捕
捉電子 イ ン 衝突 安定性を抑え (波 成長を抑え )働 を 一定温
衝突 高い密 頻繁 生 今回 働 イ ン質量 大 い重水素
軽水素 比べ 顕著 あ そ 結果 乱流 抑制さ を突
た(図 ) た イ ン質量 影響 安定性 弱く た状態
強く 大 渦や波を効果的 分断 乱流を更 抑制 熱や 粒子 閉 込 を改善 明 た(図 )
以 う 明 た イ ン質量 大 い 乱流抑制 全体像
図 う 模式的 表 研究成果 物理 核融合研
究 長 未解決問題 あ た イ ン質量効果 全容解明 向 た基盤的 知見 を え あ 今後 研究 進展 大 く貢献 た LHDを
型 現在建設中 国際熱核融合実験炉(ITER) 代表さ 型 高性能化 広く役立 期待さ
本研究 核融合科学研究所共 研究 京重点課題6サ 課題D HPCI 京 一般利用 課題(hp160117) 並び 文部科学省科学研究費補助金(No.26820401,No.17K14899) 支援
実施さ た
4 / 6
図1 中 捕捉電子 引 起 安定性 強さ 衝突頻 増加
減 を示 た ュ ョン結果 型(LHD)(左)及び 型(右) い 場合 密 高く 衝突頻 大 く 軽水素 (赤) 重 水素 (青) 安定性 強さ 逆転 質量 大 安定性 弱 く(安定化) 乱流 抑制さ 点 熱 損失量を示 点線 将来 核融 合炉 想定さ 衝突頻 を示
図 型(LHD)(左)及び 型(右) 乱流 比較 濃い赤色 部分 強い渦や波 生 い 質量 大 い重水素 帯状
渦や波を小さく分断 乱 を抑え い 安定性 弱い場合
い 顕著 形成さ ( )
5 / 6
用語解説
※ 型 型
を閉 込 磁場構造 主 方式 中 電流を流 捻
た磁場を維持 型 コイ 自身を捻 型( テ 型) あ
型 コイ 捻 合わ 捻 た 複雑 次元形状を
代表的 装置 DⅢ-D(ア 型)やJT-60SA(日本 型) LHD(日本 型) W7-X( イツ テ 型) あ
※ イ ン質量効果
専門的 水素 体質量効果 称さ を構成 イ ン質量 安定性や閉 込 性能 え 物理的影響 総称 重水素 軽水素(通常 水素) 約 倍 質量を持
※
乱流 自発的 形成さ 流 構造 あ 一定 間隔 流 向 反転 い 互
い 逆向 流 縞状 いく 連 い 帯状流 呼 熱や粒子
損失を生 大 渦や波をそ 流 作用 分断 抑制 効果 あ 木星
縞模様を伴う大気 い 形成さ い
図 重水素 捕捉電子 安定性 そ 発遉 乱流 抑制
全体像 イ ン質量 大 い場合 安定性 減 増大 い
た複合的 結果 中 熱や粒子 損失量 抑え い
6 / 6
※ 捕捉電子 安定性
中 捕捉電子 運動 波 伝搬 互い 揃う(共鳴 ) 波 時間的 成長 大 く 現象 乱流を引 起 原因
※ 次元 乱流 ュ ョン
磁場 閉 込 た高温 乱 振 舞い 数学的 次元空間 粒子 置 標 速 成分 加わ た数学的空間 運動を表現 方程式 記述さ 次元 方程式 記述さ 水や空気 流動現象 大 く異 持 複雑さ や多様性を表 い パ コン ュ を最大限 活用 次元 方程式を高速
解く 乱流現象を解析 核融合科学研究所 古屋大学 共 GKV
いう ュ ョンコ 開発を進 い
