星野 一生 (ホシノ カズオ)

Hoshino, Kazuo

写真a

所属(所属キャンパス)

理工学部 物理情報工学科 (矢上)

職名

教授

HP

外部リンク

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2024年04月
    -
    継続中

    慶應義塾大学, 理工学部, 教授

  • 2020年02月
    -
    継続中

    国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 客員研究員

  • 2008年04月
    -
    2011年03月

    独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 博士研究員

  • 2011年04月
    -
    2016年03月

    独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究員

  • 2016年04月
    -
    2016年06月

    国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構, 核融合エネルギー研究開発部門, 主任研究員

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学歴 【 表示 / 非表示

  • 1998年04月
    -
    2002年03月

    慶應義塾大学, 理工学部, 物理情報工学科

    大学, 卒業

  • 2003年04月
    -
    2005年03月

    慶應義塾大学, 理工学研究科, 基礎理工学専攻

    大学院, 修了, 博士前期

  • 2005年04月
    -
    2008年03月

    慶應義塾大学, 理工学研究科, 基礎理工学専攻

    大学院, 修了, 博士後期

学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(工学), 慶應義塾大学, 課程, 2008年03月

    トカマクにおける境界層プラズマ流の構造と重金属不純物輸送に関する研究

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • エネルギー / プラズマ科学

  • エネルギー / 核融合学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • プラズマ

  • 計算機シミュレーション

  • 核融合

  • ダイバータプラズマ

  • イオン源プラズマ

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Numerical study of the plasma meniscus shape and beam optics in RF negative ion sources

    Hayashi K., Hoshino K., Miyamoto K., Hatayama A., Lettry J.

    Journal of Instrumentation 19 ( 4 ) C04031 2024年04月

    研究論文(国際会議プロシーディングス), 共著, 査読有り

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    In order to extract intense ion beams with good beam optics from hydrogen negative ion sources, it is important to control the shape of the plasma meniscus (i.e. beam emission surface). Recently, it is suggested experimentally that the degradation of beam optics in the RF negative ion sources may be due to the fluctuation of the distance d eff between the meniscus and the extraction grid caused by the fluctuation of the plasma density np . The purpose of this study is to make clear the dependence of d eff on np in the presence of a large amount of surface produced H- ions in order to understand such fluctuation of beam optics in RF sources For the purpose, 3D electrostatic PIC simulation was conducted taking the bulk plasma density as a parameter, investigating the extraction region of a H- ion source. A large amount of the surface H- production on the PG has been taken into account under the assumption that the H- production rate is proportional to the bulk plasma density. The result shows that the effective distance d eff is proportional to np-1/2 even for a large amount of surface H- production. This dependence suggests that the bulk plasma density np is the key parameters to control d eff and the resultant beam optics extracted from the negative ion source.

  • Hamiltonian simulation using the quantum singular-value transformation: Complexity analysis and application to the linearized Vlasov-Poisson equation

    Toyoizumi K., Yamamoto N., Hoshino K.

    Physical Review A 109 ( 1 ) 01243 2024年01月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り,  ISSN  24699926

     概要を見る

    Quantum computing can be used to speed up the simulation time (more precisely, the number of queries of the algorithm) for physical systems; one such promising approach is the Hamiltonian simulation (HS) algorithm. Recently, it was proven that the quantum singular-value transformation (QSVT) achieves the minimum simulation time for HS. An important subroutine of the QSVT-based HS algorithm is the amplitude amplification operation, which can be realized via the oblivious amplitude amplification or the fixed-point amplitude amplification in the QSVT framework. In this work we execute a detailed analysis of the error and number of queries of the QSVT-based HS and show that the oblivious method is better than the fixed-point one in the sense of simulation time. Based on this finding, we apply the QSVT-based HS to the one-dimensional linearized Vlasov-Poisson equation and demonstrate that the linear Landau damping can be successfully simulated.

  • Spatial Distribution Analyses of Axially Long Plasmas under a Multi-Cusp Magnetic Field Using a Kinetic Particle Simulation Code KEIO-MARC

    Nishimura R., Seino T., Yoshimura K., Takahashi H., Matsuyama A., Hoshino K., Oishi T., Tobita K.

    Plasma (Plasma)  7 ( 1 ) 64 - 75 2024年01月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り

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    To realize the development of a long plasma source with a uniform electron density distribution in the axial direction, the spatial distribution of plasma under a multi-cusp magnetic field was analyzed using a KEIO-MARC code. Considering a cylindrical plasma source with an axial length of 3000 mm and a cross-sectional diameter of 100 mm, in which the filament electrode was the electron source, the electron density distribution was calculated using the residual magnetic flux density, Bres, and the number of permanent magnets installed at different locations surrounding the device, Nmag, as design parameters. The results show that both Bres and Nmag improved the uniformity of the electron density distribution in the axial direction. The maximum axial electron density decreased with increasing Nmag and increased with increasing Bres. These trends can be explained by considering the nature of the multi-cusp field, where particles are mainly confined to the field-free region (FFR) near the center of the plasma column, and the loss of particles due to radial particle transport. The use of multiple filaments at intervals shorter than the plasma decay length dramatically improved axial uniformity. To further improve axial uniformity, the filament length and FFR must be properly set so that electrons are emitted inside the FFR.

  • Effect of Large-Angle Scattering on Particle Transport and Heat Flux in Advanced Divertor Magnetic Field Configurations

    Umezaki D., Matsuura H., Hoshino K.

    Plasma and Fusion Research (一般社団法人 プラズマ・核融合学会)  19 ( 0 ) 1403003 - 1403003 2024年01月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り

     概要を見る

    Divertor heat loads are one of the most significant issues affecting fusion reactors. Atomic processes play a crucial role in reduction of the divertor heat load. Notably, elastic scattering between ions and neutral particles can be characterized as large-angle scattering. A large fraction of ion energy is transferred to neutral particles, and the ion direction can be significantly changed by a single large-angle scattering event. In abundant neutral particle regions such as divertor plasmas, the large-angle elastic scattering results in additional ion transport perpendicular to magnetic field lines. Effect of the additional ion transport is expected to be significant at low magnetic field strength and long Larmor radii, such as in a case of advanced divertors (e.g., Super-X and Snowflake divertors). In this study, we investigated the effect of the large-angle elastic scattering at low magnetic field strength and long divertor legs with reference to advanced divertor configurations using an orbital calculation. The large-angle elastic scattering transport is seen to cause a spread in density profiles and a reduction of heat flux. The results of this study show that for the short (long) leg divertor configuration like JT-60U (advanced divertor), the peak heat flux is reduced by around 15% (21%) when the magnetic field strength is 0.5 T in comparison to the model that assumes no guiding center movement due to the elastic scattering. It is also shown that the assumption of isotropic elastic scattering with neutral particles leads to excessive suppression of ion flows.

  • Estimation of impact of non-local ion heat flux model on transport simulation for DEMO-relevant scrape-off layer plasma

    Homma Y., Hoshino K., Yamoto S., Tokunaga S., Asakura N., Miyato N.

    Contributions to Plasma Physics 2024年

    研究論文(国際会議プロシーディングス), 共著, 査読有り,  ISSN  08631042

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    In a fusion DEMOnstration reactor (DEMO)-relevant scrape-off layer plasma (SOL), whose collisionality is lower than in the SOLs of present-day tokamaks, kinetic effects are predicted to reduce the plasma heat conductivity along the magnetic field below the value obtained with the classical Spitzer–Harm model. As a part of ongoing efforts to improve the predictive capability of SOL heat transport calculations, we have implemented the non-local heat flux model proposed by [Luciani, Mora and Virmont, Phys. Rev. Lett. 51 (1983) 1664–1667] (here referred to as the LMV model) in the integrated SOL–divertor simulation code SONIC in order to account for the kinetic effect on the heat conduction due to the parallel streaming of rapidly moving particles. Our transport simulations for the Japanese demonstration tokamak reactor concept, JA DEMO, show that the LMV model yields a significantly reduced ion parallel conductive heat flux density both on the low- and high-field side of the upstream SOL. The heat flux obtained with the LMV model seems to be consistent with earlier kinetic simulations of tokamak ion transport. As a consequence of the reduced heat flux, a significant increase in the ion temperature and a decrease in the density have also been found over a broad area of the upstream SOL.

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KOARA(リポジトリ)収録論文等 【 表示 / 非表示

総説・解説等 【 表示 / 非表示

  • イオン源の数値シミュレーション技術の進展と応用

    星野 一生, 宮本 賢治, 畑山 明聖

    プラズマ・核融合学会誌 97   568 - 596 2021年

    記事・総説・解説・論説等(学術雑誌), 共著

  • 小特集統合コードによる磁場閉じ込め核融合プラズマシミュレーションの現状と今後の展望: 2.統合コードを構成する物理モジュール群

    村上定義,本多充,相羽信行,松山顕之,林伸彦,星野一生,藤田隆明,福山淳,横山雅之

    プラズマ・核融合学会誌 95 ( 09 ) 427 - 436 2019年09月

    記事・総説・解説・論説等(学術雑誌), 共著

  • 小特集 原型炉に向けてのダイバータの研究開発課題ー現状と展望ー: 2.日本における原型炉ダイバータ概念の現状と開発課題

    朝倉伸幸、星野一生

    プラズマ・核融合学会誌 92 ( 12 ) 870 - 876 2016年12月

    記事・総説・解説・論説等(学術雑誌), 共著

  • 小特集 原型炉に向けてのダイバータの研究開発課題ー現状と展望ー:3 非接触プラズマと熱・粒子処理に関するダイバータ実験研究およびモデリングの現状と研究開発課題 3.2 ダイバータモデリング研究

    星野一生

    プラズマ・核融合学会誌 92 ( 12 ) 882 - 885 2016年12月

    記事・総説・解説・論説等(学術雑誌), 単著

  • 小特集 DEMOに向けた直線型装置を用いた境界プラズマ、プラズマ・壁相互作用研究: 1.直線型プラズマ生成装置の現状と原型炉ダイバータ設計における課題

    坂本瑞樹、大野哲靖、朝倉伸幸、星野一生

    プラズマ・核融合学会誌 90 ( 08 ) 473 - 479 2014年08月

    記事・総説・解説・論説等(学術雑誌), 共著

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研究発表 【 表示 / 非表示

  • 直線型プラズマ装置NAGDIS-IIを用いた非接触プラズマに関する実験・モデリングの進展と今後の展開

    大野哲靖、田中宏彦、眞野綾二、上松雄太、夏目祥揮、澤田圭司、梶田信、林祐貴、石劼霖、星野一生、荒巻光利

    第15回核融合エネルギー連合講演会 (八戸) , 

    2024年06月

    ポスター発表

  • 炉心とSOL・ダイバータとの統合モデリングの進展

    林伸彦、矢本昌平、星野一生

    第15回核融合エネルギー連合講演会 (八戸) , 

    2024年06月

    ポスター発表

  • Hydrogen Recycling Model on Tungsten Materials by Machine Learning based on Molecular Dynamics Simulation

    S. Saito, M. Iida, H. Nakamura, K. Sawada, K. Hoshino, M. Kobayashi, M. Hasuo, Y. Homma, S. Yamoto

    the 26th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices (Marseille, France) , 

    2024年05月

    ポスター発表

  • Simulation studies of power and Helium exhaust in detach divertor and impurity transport for JA-DEMO divertor

    N. Asakura, K. Hoshino, Y. Homma, T. Yamamoto, Y. Sakamoto

    the 26th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices (Marseille, France) , 

    2024年05月

    ポスター発表

  • Numerical Investigation of Hydrogen Molecule Release in High Rovibrational States from Tungsten Walls

    H. Nakamura, S. Saito, K. Sawada, K. Hoshino, Y. Kojima, T. Doi, M. Kobayashi, M. Hasuo, Y. Homma, S. Yamoto

    the 26th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices (Marseille, France) , 

    2024年05月

    ポスター発表

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競争的研究費の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 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
    -
    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

     研究概要を見る

    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
    -
    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

     研究概要を見る

    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
    -
    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

     研究概要を見る

    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
    -
    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

     研究概要を見る

    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
    -
    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

     研究概要を見る

    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。

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担当授業科目 【 表示 / 非表示

  • 物理情報工学特別講義

    2024年度

  • 原子エネルギーの科学

    2024年度

  • プレゼンテーション技法

    2024年度

  • プラズマ物理学

    2024年度

  • プラズマ物理

    2024年度

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  • 日本シミュレーション学会, 

    2022年07月
    -
    継続中
  • プラズマ・核融合学会, 

    2001年08月
    -
    継続中

委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2021年09月
    -
    継続中

    Member of the International Scientific Committee of Plasma Edge Theory in Fusion Devices

  • 2019年12月
    -
    継続中

    核融合エネルギーフォーラム専門委員

  • 2019年07月
    -
    継続中

    炉心プラズマ共同企画委員会 理論シミュレーション専門部会 専門委員, 量子科学技術研究開発機構

  • 2017年07月
    -
    2019年06月

    編集委員, プラズマ・核融合学会