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
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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

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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

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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

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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

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

  • Machine learning-based hydrogen recycling model for predicting rovibrational distributions of released molecular hydrogen on tungsten materials via molecular dynamics simulations

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

    Nuclear Materials and Energy 43 2025年06月

    研究論文（国際会議プロシーディングス）, 共著, 査読有り

    　概要を見る

    Understanding the hydrogen recycling process is crucial for comprehending the behavior of detached plasma in nuclear fusion devices. To achieve this, a molecular dynamics (MD) model is being developed to predict the distribution of translational energies and rovibrational states of hydrogen atoms and molecules released from the plasma-facing materials. Neutral transport simulations, utilizing distributions obtained from the MD model as boundary conditions, are also a powerful tool for analyzing the impact of recycled hydrogens on edge plasma. However, the MD model requires significant computational resources to obtain distributions under varying material and irradiation conditions such as material temperature and incident energy. Therefore, developing effective models that seamlessly integrate neutral transport simulation with hydrogen recycling models is crucial. Machine learning techniques are employed to develop predictive models capable of forecasting distributions of energies and rovibrational states of released hydrogen atoms and molecules. Furthermore, a model considering the incident energy distribution (shifted-Maxwellian) is developed by integrating the monochromatic distribution with the shifted-Maxwellian distribution.

  • Improvement of a CSD model toward detached plasma analyses by introducing effective loss factors based on plasma spatial distributions

    Yamada K., Hoshino K., Hatayama A.

    Plasma Physics and Controlled Fusion 67 （ 4 ）  2025年03月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  07413335

    　概要を見る

    CSD (Core, SOL and Divertor) models sampling a fusion device with three points (Core, SOL and Divertor) aim at understanding fusion plasmas in a wide range of parameter space. Conventional CSD models estimate interactions among plasmas, neutrals and impurities, which are incorporated as loss factors in basic equations in models, with the use of physical quantities of plasmas at three sampled points. Physical quantities are assumed to be uniform in each of the three regions. Neglecting plasma spatial distributions in a divertor prevents the models from accurately evaluating loss factors at low temperatures. This is because loss factors strongly depend on the location-dependent temperature when the temperature is low. Consequently, conventional CSD models have difficulties in reproduction of the detachment. This research increases sampling points for the calculation of loss factors in a divertor. Loss factors at each point are integrated in the volume, then effective loss factors (ELF) for the divertor are obtained. Conventional loss factors in transport equations are replaced with ELFs for an improved CSD model proposed in this study. As a result, the plasma detachment is successfully reproduced in the CSD model without changing the equations. A CSD model for qualitative analyses with low computational costs has been developed to study plasma detachment.

  • DISCOVER: New integrated code to simulate helium detached plasma in a linear device

    Natsume H., Masuda S., Tanaka H., Migita R., Mano R., Sugiura K., Sawada K., Hoshino K., Hayashi Y., Ohno N.

    Physics of Plasmas 32 （ 2 ） 022508 2025年02月

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

    　概要を見る

    A detached plasma integrated simulation code with various elastic/inelastic reactions (DISCOVER) was developed for better understanding of detached helium plasma experiments. DISCOVER, which includes a neutral transport code, fluid code, and collisional radiative code, considers elastic and inelastic collisions between recycling neutrals and bulk particles, as well as the transport of metastable atoms [He( 2<sup>1</sup>S) and He( 2<sup>3</sup>S)]. The code was used for simulating helium plasma in the linear plasma device NAGDIS-II. The transition from attached to detached plasma was demonstrated in the simulation by increasing the upstream electron density through an increase in the gas supply from the plasma source while maintaining a fixed downstream gas injection rate. In addition, similar transition was also observed by introducing neutral particles from downstream, while maintaining a fixed upstream electron density. In the detached plasma, the density of He( 2<sup>3</sup>S) near the end target was approximately seven times higher than that in the attached plasma. Furthermore, it was evident that the transport of He( 2<sup>3</sup>S) enhanced the electron energy rate coefficient and influenced the spatial distribution of the detached plasma.

  • Investigation of spatial distribution characteristics of emission intensity in detachment on the divertor simulator TPDsheet-ICR

    Tonegawa A., Okada N., Miura K., Natume H., Sato K.N., Hoshino K., Hayashi Y., Masuzaki S., Yamoto S.

    Nuclear Materials and Energy 41 2024年12月

    研究論文（国際会議プロシーディングス）, 共著, 査読有り

    　概要を見る

    For the first time, we have revealed the spatial structure of a detached plasma with electron–ion recombination (EIR) and molecular-activated recombination (MAR) in response to changes in ion temperature (Ti) and gas pressure. This was achieved using high-density sheet plasma generated by a linear divertor simulator (TPDsheet-ICR). The parallel-plate electrodes were positioned above and below the sheet plasma (∼1019 m−3). We varied the Ti from 3 to 7 eV using ion cyclotron resonance heating and investigated the parameters of the detached plasma near the target in the divergent field region. Plasma emission intensities at Balmer series (Hα and Hγ) and Fulcher band wavelengths (610 ± 10 nm) were measured with a high-speed camera equipped with an Arbaa prism. Additionally, a Langmuir probe measured the electron density and temperature of the plasma. Our results show that as the Ti increases, EIR generated near the plasma periphery disappears, while MAR gradually forms near the plasma center during the transition from detached to attached plasma. This transition occurs because the increase in Ti in the detached plasma transfers energy from ions to electrons, raising the high-energy component of the electrons, resulting in EIR disappearance and the onset of MAR.

  • Evaluation of local erosion and deposition on the W-monoblock of JA-DEMO divertor

    Oya M., Hoshino K., Asakura N., Sakamoto Y., Ohno N., Hanada K.

    Nuclear Materials and Energy 41 2024年12月

    研究論文（国際会議プロシーディングス）, 共著, 査読有り

    　概要を見る

    We developed and performed a 3D Monte-Carlo simulation on local erosion and deposition in outer divertor target of JA-DEMO. The local erosion and deposition were evaluated considering the divertor plasma parameters and the roof shape of W-monoblocks. First, for local erosion simulation, the trajectories of D ions and impurity (He and Ar) ions were traced before irradiating the monoblock surface. The physical sputtering was calculated by these ions irradiation, considering their charge states, incident-energies and -angles. The highest sputtering flux was produced by multiply-charged Ar ions (Ar3+–Ar5+). The sputtering flux strongly depended on the poloidal positions along the divertor target. Although almost no erosion (sputtering) was obtained in low-temperature zone (∼1 eV), the erosion occurred in mid- (∼10 eV) and high-temperature (>10 eV) zone. Second, for local deposition simulation, the trajectories of W atoms emitted from the monoblock surface were traced. After transport (including ionization and recombination) in the plasma, W atoms and ions were deposited on the monoblock surface. The deposition occurred even on the area where plasmas did not irradiate (shadow). This was due to perpendicular diffusion to magnetic field lines, gyro-orbit effects for W ions and straight-line motion for neutral W atoms. The poloidal distribution of the deposition fluxes was similar to that of the sputtering fluxes. In low-temperature zone, no deposition flux occurred due to very low sputtering flux. The deposition flux in mid-temperature zone increased significantly and that in high-temperature zone remained high.

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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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 】

  • 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

    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

    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

    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

    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

    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 】

  • 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 】

  • 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

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

  • 原子エネルギーの科学

    2025年度

  • プレゼンテーション技法

    2025年度

  • プラズマ物理学

    2025年度

  • プラズマ物理

    2025年度

  • 基礎理工学課題研究

    2025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
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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
    -
    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

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