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数物系科学

2022.06.09

「富岳」により、核燃焼プラズマ閉じ込め改善効果を発見 ~新物理の開拓により核融合炉の実現に貢献~

国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院理学研究科の前山 伸也 講師、渡邉 智彦 教授らの研究グループは、核融合科学研究所、日本原子力研究開発機構、京都大学大学院エネルギー科学研究科の研究者らと共同で、スーパーコンピュータ「富岳」注1)を用いた大規模シミュレーションにより、「マルチスケール相互作用」注2)による核燃焼プラズマ注3)閉じ込め改善効果を新たに発見しました。
磁場閉じ込め型核融合炉は、1億度超の高温・高圧のプラズマを強力な磁場により閉じ込め、核融合反応エネルギー注4)を取り出そうという試みで、国際協力の下で盛んに開発が進められています。その中で、閉じ込め性能を左右するプラズマ乱流注5)の物理機構解明は重要な研究課題です。本研究グループは、電子が作る極微細な乱流が、イオンが作る乱流に影響を与える「マルチスケール相互作用」を世界に先駆けて指摘し、米欧の実験装置でも検証が進められてきました。
既存実験を超えた核燃焼プラズマでの新たな閉じ込め改善効果を予見する今回の発見は、将来の核燃焼実験や核融合原型炉開発への貢献が期待されます。
本研究成果は、2022年6月7日付イギリス科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。
本研究は、文部科学省「富岳」成果創出加速プログラム「核燃焼プラズマ閉じ込め物理の開拓」の支援のもとで行われたものです。

 

【ポイント】

・スーパーコンピュータ「富岳」による核燃焼プラズマ乱流シミュレーションを実現。
・核燃焼プラズマにおいて働きうる、電子の作る極微細な乱流とイオンが作る乱流のマルチスケール相互作用を特定。
・核融合炉性能向上への貢献が期待される、プラズマ閉じ込め改善効果を新たに発見。

 

◆詳細(プレスリリース本文)はこちら

 

【用語説明】

注1)スーパーコンピュータ「富岳」:
「京」の後継として開発された日本のフラグシップスーパーコンピュータ。令和2年6月から令和3年11月にかけてスーパーコンピュータの性能ランキング4部門で4期連続第1位を獲得するなど、世界最高峰の性能を持つ。

 

注2) マルチスケール相互作用:
スケール(時間の長さや空間の大きさ)が異なる現象の間に生じる相互作用。本文中では特に、イオンのジャイロ半径程度の大きさを持つイオンスケール乱流と、電子のジャイロ半径程度の大きさを持つ電子スケール乱流との相互作用を指す。

 
注3) 核燃焼プラズマ:
磁場閉じ込め型核融合装置において、閉じ込められたプラズマが十分に高温・高密度状態で維持され、核融合反応が起こっている状態のこと。

 

注4) 核融合反応エネルギー:
二つの原子核が融合し、一つの原子核になる反応を核融合反応という。水素などの軽い原子核同士の核融合反応では質量がわずかに減少し、エネルギーに変わる。

 

注5) プラズマ乱流:
流速や圧力が不規則に変動する流れを乱流という。プラズマ中では、電磁場の揺らぎがプラズマの不規則な流れを作り、乱流として発達する。

 

【論文情報】

雑誌名:Nature Communications
論文タイトル:Multi-scale turbulence simulation suggesting improvement of electron heated plasma confinement
著者:前山伸也渡邉智彦、仲田資季、沼波政倫、朝比祐一、石澤明宏
※本学関係教員は下線
DOI:10.1038/s41467-022-30852-0
URL:https://www.nature.com/articles/s41467-022-30852-0

 

【研究代表者】

大学院理学研究科 渡邉 智彦 教授
https://www.p.phys.nagoya-u.ac.jp/