競争的研究費の研究課題 - 星野　一生

励起粒子の生成と輸送に伴うエネルギー・運動量損失の理解と非接触再結合プラズマ制御

2024年04月

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2028年03月

科学研究費助成事業, 大野 哲靖, 梶田 信, 田中 宏彦, 澤田 圭司, 荒巻 光利, 星野 一生, 齋藤 誠紀, 基盤研究(A), 研究分担者

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磁場閉じ込めプラズマ核融合炉の実現のためには，炉心プラズマから周辺領域に流出する膨大な粒子流および熱流を制御し，直接プラズマと接触するプラズマ対向材(ダイバータ板)の損傷を低減することが最重要課題の一つとなっている。熱負荷低減法として，非接触再結合プラズマ（Detached Recombining Plasmas）形成による熱流制御法の確立の重要性が指摘されている。本研究では，直線型高密道プラズマ発生装置を用いた実験と流体コード，中性粒子輸送コードをカップリングした統合コードによる解析により，非接触再結合プラズマの生成機構と制御手法を確立し，核融合発電の早期実現に資する。

ダイバータ配位プラズマの境界層におけるプラズマ流と不純物輸送へのドリフトの効果

2022年04月

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2026年03月

科学研究費助成事業, 藤田 隆明, 岡本 敦, 星野 一生, 基盤研究(B), 補助金,  研究分担者

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内部コイルを用いてダイバータ配位の環状プラズマを生成し、その境界層におけるプラズマ流や不純物イオンの流速などを詳細に計測する。三角形度などプラズマ断面形状を様々に変えた実験を実施し、ダイバータプラズマシミュレーションコードの結果と比較する。これにより、プラズマ流に対するイオンドリフトの効果を明らかにするとともに実験的な裏付けのある不純物輸送モデルを提案する。

消えるプラズマの時空間構造を支配する物理・化学機構の解明と制御

2020年04月

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2024年03月

名古屋大学, 科学研究費助成事業, 大野 哲靖、梶田 信, 澤田 圭司, 荒巻 光利, 星野 一生, 田中 宏彦, 基盤研究(A), 補助金,  研究分担者

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プラズマプロセッシングや核融合研究において重要な課題となっている気相中で消えるプラズマの物性を明らかにする。電子・イオン再結合（三体再結合，放射再結合）が主要な過程となる再結合プラズマ中の非熱平衡性，電位構造に関連した熱・粒子輸送過程を，直線型高密度プラズマ発生装置を用いた基礎実験とシミュレーションとの相補的な研究により明らかにする。また，振動励起水素分子により駆動される再結合（分子駆動再結合）プラズマ生成に関して，固体壁で生成される振動・回転励起水素分子の影響と同位体効果を明らかにする。さらに，再結合プラズマのパルス応答を高時間分解で調べ，時空間変化を決定する物理・化学過程を明らかにする。

重水素負イオン源における同位体効果の物理メカニズムの理論的解明

2019年04月

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2022年03月

鳴門教育大学, 科学研究費助成事業, 宮本 賢治、畑山 明聖, 星野 一生, 基盤研究(C), 研究分担者

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本研究は重水素負イオン源について、運動論的粒子モデルに基づく数値計算シミュレーションにより、負イオン源のドライバー領域から引出・加速部までを総括的にモデリングし、「研究の目的」に挙げた同位体効果と呼ばれる水素の場合と異なる物理特性のメカニズムを解明することが目的である。そして得られた知見により、核融合や医療用加速器等において、研究開発が進められている重水素負イオン源の実現に貢献する。

運動論的統合モデリングによる非接触ダイバータプラズマの動的応答特性の解明

2019年04月

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2022年03月

慶應義塾大学, 科学研究費助成事業, 星野 一生、林 伸彦, 基盤研究(C), 研究代表者

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核融合原型炉に向けた最重要課題であるダイバータにかかる熱・粒子負荷の低減には、非接触ダイバータプラズマの形成と制御が必須である。本研究課題では、この非接触ダイバータプラズマの物理機構と動的応答特性の解明を目的とする。まず、プラズマPIC(Particle in Cell)モデルと先進的中性粒子輸送コードを用いて、ダイバータプラズマの基本的な動特性の理解を進める。その後、これらのモデルを結合した運動論的統合シミュレーションコードを開発する。開発した統合コードを用いて、非接触ダイバータプラズマの動的応答特性について総合的な理解を進め、その物理機構を明らかにする。

核融合周辺プラズマの運動論的モデリングとデタッチメントプラズマの動的特性の解明

2015年04月

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2018年03月

慶應義塾大学, 畑山 明聖、宮本 賢治, 林 伸彦, 星野 一生, 深野 あづさ, 澤田 圭司, 津守 克嘉, 小島 有志, 村上 泉, 中村 浩章, 中嶋 洋輔, ジャッキー レトリー, 基盤研究(B), 補助金,  研究分担者

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本研究では核融合周辺プラズマを対象として新しい運動論的数値シミュレーションモデルの構築を試みた。とくにELM（Edge Localized Mode）時の電子エネルギー分布関数の非平衡性・非定常性を考慮し、デタッチメントプラズマおよび水素原子・分子反応過程の動的モデリングを行った。ELM時には、分子活性化再結合（MAR）に重要な振動励起分子の生成が効果的に行われ、その結果、ELM通過後、MARの反応レート増大の可能性が示された。また、ELM前後ではコアプラズマ周辺部に急峻な密度・温度勾配が存在し、新古典輸送効果が重要となる。この効果を考慮した新しい運動論的不純物輸送モデルの開発にも成功した。

超高熱流環境下における非接触ダイバータプラズマ特性の解明とその制御に関する研究

2015年04月

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2018年03月

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 星野 一生, 若手研究(B), 補助金,  研究代表者

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非接触ダイバータプラズマの制御とそれによるダイバータ熱負荷の低減は、核融合原型炉設計において最重要課題の一つである。本研究では、統合ダイバータシミュレーションコードSONICを用いて、実験解析により非接触ダイバータプラズマの理解を深めると共に、原型炉ダイバータの予測解析に向けたコード改良を行った。そして、原型炉における不純物を用いた非接触ダイバータ及びダイバータ熱負荷の制御について解析を行い、今後の原型炉設計研究に資する指針を得た。

核融合原型炉での大熱流処理に向けた先進ダイバータのシミュレーション設計と検証

2013年04月

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2016年03月

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 朝倉 伸幸、星野 一生, 清水 勝宏, 宇藤 裕康, 染谷 洋二, 飛田 健次, 中村 誠, 坂本 宜照, 大野 哲靖, 増崎 貴, 小林 政弘, 田中 宏彦, 基盤研究(C), 補助金,  研究分担者

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核融合炉では高温プラズマから対向材を保護するダイバータの設計が重要であり、本研究では磁場形状を工夫した「先進ダイバータ」と呼ばれる新たな概念と課題を工学と物理面から明らかにした。先進プラズマ平衡コードを開発し、インターリンクコイルの配置や製作概念の提案を行った。プラズマ輸送シミュレーションを実施し、プラズマを低温化し熱負荷を通常ダイバータの30-50%程度に低減可能と考えられる。現状では、実験やシミュレーション結果の利点よりも、インターリンクコイル製作など工学的開発の負担が大きいと考えられ低コスト化が必要であるが、より効果的な磁場及び幾何形状に改善し、その予測精度を上げることが課題である。

統合ダイバータモデルによる非接触ダイバータプラズマの制御研究

2011年

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2013年

独立行政法人日本原子力研究開発機構, 星野 一生, 若手研究(B), 補助金,  研究代表者

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核融合装置のダイバータにおける熱・粒子制御に対して重要な非接触ダイバータプラズマについて、ダイバータコードを用いた実験解析により、その形成機構の物理的理解を深め、数値シミュレーションにより非接触ダイバータを再現することができた。また、原型炉条件において、不純物ガスパフ、ダイバータ形状、装置仕様を変化させた解析を行い、今後の原型炉ダイバータ設計における非接触ダイバータ制御に向けた指針を得た。