ダイバータ統合コードの進展と JT-60Uのタングステン堆積分布のシミュレーション 日本原子力研究開発機構 研究分担者：清水勝宏 連携研究者：滝塚知典、川島寿人、星野一生 平成２０年度特定領域「核融合トリチウム」成果報告会 自然科学研究機構・事務局（東京）会議室 2009年3月5日 ‒ 6日 原子力機構におけるダイバータコード PIC + Monte Carlo [1] K. Shimizu, et al., 17th PSI (2006). [2] T. Takizuka, et al., 15th PSI (2002). [3] I. Hyodo, et al., 15th PSI (2002). PARASOL D ion [2] - Kinetic effect - Collision - Sheath, Drift - Transport etc. [1] SONIC D neutral C impurity interaction IMPGYRO:W sputtering [3] ダイバータ統合コード：SONIC SONICとは SOLDOR/NEUT2D/IMPMCからなるダイバータ統合コード 特徴は不純物はモンテカルロでシミュレーションする事 開発／改良 ・MC不純物コードIMPMCの非定常化：粒子削減アルゴリズムの開発 07-PET ・IMPMCとEDDYコードとの結合（70%程度） ・ダイバータとコアでの輸送の統合化に向けたモジュール化（prototype) 研究成果 ・炭化水素の混入過程で、ドームでの反射効果の重要性 ・JT-60Uの高加熱時の炭素による放射損失分布の変化を再現 08-IAEA (NF投稿中) ・原型炉slimCSにおけるダイバータ設計と熱負荷評価 08-IAEA (NF投稿中) ・kinetic thermal forceによるヘリウムのダイバータ圧縮効果 08-PSI 今後の予定 ・ SONICとTASK(TOPICS)との結合 ・ IMPMC/EDDYによる炭素不純物のプラズマ全体での挙動解析（損耗／再堆積） SONICコード 研究成果 流体モデルでよく用 いられる簡易モデル ・炭化水素の混入過程で、ドームで の反射効果の重要性 CD4 => C+ 接触プラズマでは、炭化水素の解離過程の 簡易モデルは適用できず。 C => C+ MW/m3 20 exp. 10 0 sim. attached plasma ・JT-60Uの高加熱時(PNB=15MW) の炭素による放射損失分布の 変化を再現 プライベイト領域からの炭化水素の発生が Ｘ点ＭＡＲＦＥ発生に重要な役割を果たす。 detached plasma PARASOLコード：第１原理に基づきSOL特性 PARASOL とは 開発／改良 研究成果 二体衝突モデルを含んで、第１原理に基づき SOL・ダイバータの 基礎物理特性を調べる先進的粒子コード ・トロイダルバージョンの拡張と効率的計算への改良 ・１次元バージョンの ＤＴイオン種多成分化 ・ T - ver. による SOLプラズマ流の構造形成機構の解明 08-IAEA (NF 投稿中) ・1D-ver. による SOL中の熱輸送の運動論的特性 08-TIC ・ PARASOL 結果に基づく周辺プラズマ流のモデリング 今後の予定 ・ 1D_DT-ver. を用いた粒子制御研究 Z θ ∂/∂θ = 0 Z = b w 2D Toroidal PARASOL Code φ = 0 Accurate simulation with the effects of Z = 0 electric field, R finite Larmor, all drift, collision, neo-classical, core/SOL/divertor. Z = - b w R = R0-aw R = R0 R = R0+aw 研究成果： SOLプラズマ流の構造形成機構の解明 Upper-null Lower-null SOL流構造はヌル点位置 により顕著に変化する UNではほぼ内外対称的構造 LNでは外側SOLに逆流構造 捕捉イオンのバナナ運動 が自己無撞着電場に加え SOL流構造形成に非常に重要 実験とよく一致 IMPGYROコード:Ｗ不純物の発生、輸送 IMPGYROとは 高Z不純物を対象としたモンテカルロ輸送コード。 慶應大学と共同で開発 コードの特徴 ・ラーマー旋回を直接追跡 個体壁への入射角評価、有限ラーマ半径効果、etc ・大域的な輸送解析 輸送モデル：電磁場中の運動方程式、クーロン衝突、熱力 多価電離・再結合過程、プラズマ-壁相互作用 ・トカマク実形状・実磁場配位を考慮 幾何形状効果、実験データとの直接比較 開発／改良 ・プラズマ-壁相互作用モデルの詳細化 （シースによる入射角の変化、慶大がEDDYと結合） ・解析領域を第一壁・ドームまで拡大 ・軸対象トロイダル系、電場の考慮 今後の予定 ・堆積分布の詳細な解析、JT-60UコアでのＷ蓄積の特性 IMPGYROコード研究成果 -1タングステン不純物の固体壁への入射角と 自己スパッタリング/反射へのシースの影響の評価 0.2 0.15 W/O sheath With sheath 0.1 接触ダイバータ 0.05 0 W/O sheath With sheath 0.15 P (!) P (!) 0.2 非接触ダイバータ 0.1 0.05 0 10 20 30 40 50 60 70 Incident angle ! [degree] 80 90 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Incident angle ! [degree] 80 90 外側ダイバータ板への入射角度分布 接触ダイバータにおける増倍率（スパッタリング率＋反射率） シースなし：1.1 シースあり：2.7 （角度変化のみ考慮：1.9 、エネルギー変化のみ考慮：1.5） 高Z不純物の場合、質量が大きいため、 浅い角度で固体に入射するため、シースによる 角度変化の寄与が顕著に現れる。そのため、個々の粒子ごとにシースによる入射角度変 化を求める必要がある。 （08PSI、K.Hoshio et al., J.Nucl.Mater, in press） IMPGYROコード研究成果 -2JT-60Uにおけるタングステン堆積分布の解析 解析結果 Exp.(Y.Ueda, 08-IAEA) 内側ダイバータと外側ドームウィングで顕著な堆積 プライベートを中性粒子として移動し堆積 実験と同様の傾向だが、内側ダイバータのピーク位置は異なる。 （星野 他、08プラ核学会）
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