慶應義塾研究者情報データベース

経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 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

• 2026年04月

  -

  2027年03月

  九州大学　高温プラズマ理工学研究センター

• 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

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学歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 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 】

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 】

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 】

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• 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 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• Code-to-code comparison of SOLPS-ITER and SONIC edge transport codes in JT-60SA tokamak plasma conditions

  Rubino G., Yamoto S., Coster D., Falchetto G., Wiesen S., Sozzi C., Hoshino K., Homma Y., Nakano T., Hayashi N., Aiba N.

  Fusion Engineering and Design 228 2026年07月

  研究論文（学術雑誌）, 共著,  ISSN  09203796

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  Plasma boundary codes are widely used to interpret and predict SOL/divertor plasmas. The comparison of results obtained by these codes is one of the options to improve the SOL/divertor plasma modelling by defining possible limitations and enhancing the fidelity of future simulations. The aim of this study is to validate the transport models of SOL/divertor transport codes SOLPS-ITER and SONIC by terms-to-terms comparison, from the viewpoint of physical explanation rather than the numerical viewpoint. In this study, the comparison of the results between SOLPS-ITER and SONIC on pure-D plasma conditions with attached and partially detached plasmas in JT-60SA has been performed as a first step of the benchmarking activity. The calculation conditions such as computational grids, boundary conditions, and atomic/molecule database, are set to be as close as possible. In summary, the comparison can be concluded that no substantial difference can be seen although some differences in the plasma parameters have been observed. The main difference can be seen as the higher ratio of pressure drop in SOLPS-ITER than SONIC in front of the divertors in the partially detached case. It was found that the difference can be understood by the following process. The initial difference originated from the electron temperature and ion temperature in the vicinity of divertor plates. The electron temperature in SONIC near outer strike point is slightly higher than that of SOLPS-ITER. The difference in the electron temperature results in broader D+ particle source by ionization of neutrals and higher D+ ion density. Higher D+ ion and neutral densities in SOLPS-ITER leads to a larger momentum loss by charge exchange and thus the plasma loses its pressure. This result suggests that the small difference in the initial plasma parameters can be propagated by the interaction between neutrals, which affects the estimation of degree of detachment.

  • Access to Document (DOI)

• Deep Learning of Hydrogen Trapping Sites in Tungsten for Atomistic Plasma-Wall Simulations

  Saito S., Takeuchi K., Nakamura H., Oda Y., Sawada K., Hoshino K., Homma Y., Yamoto S., Uchida Y.

  Plasma and Fusion Research （一般社団法人 プラズマ・核融合学会）  21 （ Special_1 ） n/a 2026年

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

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  Understanding hydrogen trapping in tungsten is crucial for accurate modeling of plasma-wall interactions in fusion devices. In this study, we developed a deep learning model to predict hydrogen trapping sites, which serve as essential input parameters for kinetic Monte Carlo (kMC) simulations. The model employs a U-Net-based convolutional neural network that directly maps three-dimensional potential energy distributions to trapping site positions. Training data were generated from atomistic calculations using the embedded atom method (EAM) potential, and ground-truth trapping sites were systematically identified by force relaxation. The trained model achieved an F1 score of approximately 0.76, with most predicted sites coinciding with the true minima within ± 1 voxels (1 voxel = 0.1 Å per side). Visual comparisons confirmed the ability of the model to capture both global and local features of the potential energy landscape. In terms of efficiency, the proposed approach reduced prediction time by more than three orders of magnitude compared with conventional force-relaxation searches, enabling predictions in less than one second on a GPU. These results demonstrate that deep learning provides an accurate and computationally efficient method for identifying trapping sites. Future extensions include incorporating more complex defect structures and integrating the model into molecular dynamics-kMC hybrid frameworks for large-scale plasma-wall interaction simulations.

  • Access to Document (DOI)
  • CiNii Research

• Relationship between Surface-Produced H⁻ Density and the Potential Structure of an Ion-Ion Plasma near the Extraction Aperture in Negative Hydrogen Ion Sources

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

  Plasma and Fusion Research （一般社団法人 プラズマ・核融合学会）  21 （ 0 ） n/a 2026年

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

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  The so-called “ion-ion” plasma, which consists primarily of negative and positive ions, has been observed near the extraction aperture in negative hydrogen ion (H⁻) sources with a substantial amount of surface-produced negative ions, according to several experiments. In this study, to elucidate the characteristics of ion-ion plasmas with substantial surface H⁻ production, the relationship between surface-produced negative ion density and electric potential is investigated using three-dimensional Particle-In-Cell simulations with the KEIO-BFX code. The results reveal that the plasma in a negative ion source can be classified into four distinct regions based on the relationship between H⁻ density and electric potential: Region (I), where H⁻ follows the Boltzmann relation; Region (II), where H⁺ follows the Boltzmann relation; Region (III), a transition region between the plasma region and the beam acceleration region; and Region (IV), the beam acceleration region. In negative ion sources with surface-produced H⁻ ions, plotting the H⁻ density against the electric potential offers a useful method for identifying the plasma meniscus, which is crucial for optimizing extracted beam quality and ensuring proper operation of beam extraction systems.

  • Access to Document (DOI)
  • CiNii Research

• An Estimation of the Heat Load Distribution on the Divertor Target Using the CSD Model

  Yamada K., Hoshino K., Kawamura G., Si H., Hatayama A.

  Contributions to Plasma Physics 2026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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  Handling the heat load on the divertor target is a critical issue in the design of fusion reactors. Estimating the heat load, supported by computationally efficient simulations with varying design parameters, provides valuable input to high-level design discussions and the development of design guidelines. This study aims to estimate the spatial distribution of the heat load on the target at a low computational cost. The Core-SOL-Divertor (CSD) model is employed to provide the integrated heat load on the target. The CSD output forms the basis of an analytical approach to solving the heat transport equation, which yields the spatial distribution of the heat load on the target. The resulting heat load distribution shows good agreement with SOLPS-ITER. The predicted distribution and its dependence on design parameters provide useful guidance for the preliminary design of fusion reactors.

  • Access to Document (DOI)

• Source-term models based on the Boltzmann collision integral for hydrogen-isotope ion-atom collisions in fluid simulations

  Umezaki D., Yamoto S., Hoshino K., Asakura N., Kawamura G.

  Physics of Plasmas 32 （ 12 ）  2025年12月

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  1070664X

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  In divertor plasmas, ion–atom collisions critically influence plasma transport and heat flux to divertor targets. Fluid neutral models are widely used in divertor simulations due to their low computational cost and favorable convergence properties. However, source terms representing ion–atom collisions often differ across codes because of variations in the cross section data and in the physical approaches used to model collisions between hydrogen isotope ions and atoms of identical nuclei. This study systematically evaluates these differences and establishes more consistent modeling approaches based on the Boltzmann collision integral (BCI). Using the BCI, we investigate particle transport in velocity space and assess the effect of scattering angles and differential cross sections (DCSs). Several analytical expressions—rarely used in divertor studies—are reviewed. For energy transfer, we derive a new BCI-based expression and validate the analytical expressions by comparing with the direct BCI evaluation. It is also pointed out that the commonly used charge–exchange (CX) cross section data no longer reflect recent experimental and theoretical developments. For deuteron-deuterium atom collisions at T = 10 eV, the CX-based model overestimates the friction force by more than 30% compared with the BCI-based model. For energy transfer between deuterons at T = 20 eV and deuterium atoms at T = 10 eV, the CX-based model overestimates the transferred energy by approximately 25%. The use of DCSs and the analytical expressions introduced in this study is therefore recommended. Implementing them in place of the conventional CX-based model may modify the predicted plasma profiles and the assessment of the detached divertor.

  • Access to Document (DOI)

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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• 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

  星野, 一生

  科学研究費補助金研究成果報告書 2023年

• イオン源プラズマの流体-粒子統合シミュレーションモデルの開発

  星野, 一生

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2023年

• 核融合境界層プラズマにおける不純物輸送に関する研究

  星野, 一生

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2018年

• 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

  星野, 一生

  科学研究費補助金研究成果報告書 2017年

総説・解説等 【 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

  • CiNii Research

• 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 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• シンポジウム　原型炉級ダイバータ模擬プラズマ開発：　原型炉級ダイバータプラズマシミュレーション

  星野一生

  [国内会議]  第41回プラズマ・核融合学会年会 （東京都江戸川区） , 

  2024年11月

  , 

  シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）

• Simulation of Hydrogen Recycling on Tungsten Wall in Fusion Device

  Seiki Saito, Yuki Kojima, Hiroaki Nakamura, Keiji Sawada, Kazuo Hoshino, Yuki Homma and Shohei Yamoto

  [国内会議]  The 43rd JSST Annual International Conference on Simulation Technology & The 23rd Asia Simulation Conference （Kobe, Japan） , 

  2024年11月

  , 

  ポスター発表

• 原型炉ダイバータにおけるスパッタ損耗の評価とタングステン不純物の影響

  大宅諒、星野一生、朝倉伸幸、坂本宜照、大野哲靖、花田和明

  [国内会議]  第41回プラズマ・核融合学会年会 （東京都江戸川区） , 

  2024年11月

  , 

  ポスター発表

• 体積素過程存在下における断熱の式の一般化と磁力線方向流速の音速遷移条件の考察

  東郷訓、滝塚知典、池添竜也、文川優蘭、伊庭野健造、星野一生、江角直道、横山大起、青木史、本間佳史、國井朗光、丸山早瀬、江本一磨、坂本瑞樹

  [国内会議]  第41回プラズマ・核融合学会年会 （東京都江戸川区） , 

  2024年11月

  , 

  ポスター発表

• JA-DEMOの非接触ダイバータにおける中性粒子間衝突および熱力モデルの熱粒子制御への影響

  朝倉伸幸、星野一生、山本龍人、本間裕貴、 坂本宜照

  [国内会議]  第41回プラズマ・核融合学会年会 （東京都江戸川区） , 

  2024年11月

  , 

  口頭発表（一般）

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

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• 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), 補助金,  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), 補助金,  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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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

受賞 【 表示 ／ 非表示 】

• 核融合大型計算機利用研究優秀賞

  2024年09月, 国立研究開発法人　量子科学技術研究開発機構

  受賞区分： その他

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 卒業研究

  2026年度

• 計算物理

  2026年度

• 物理情報工学実験Ｃ

  2026年度

• 先端数物科学博士研究

  2026年度

• 基礎理工学課題研究

  2026年度

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

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 】

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2024年04月

  -

  2026年03月

  代議員, 一般社団法人 プラズマ・核融合学会

• 2021年09月

  -

  継続中

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

• 2019年12月

  -

  2025年03月

  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