国立大学法人九州大学 応用力学研究所

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共同研究 募集内容

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2-2. 核融合力学分野

(1)特定研究

【 特定研究2 】
研究テーマ: 極限プラズマ科学の新研究手法の開発
研究統括者: 藤澤 彰英
概要: 宇宙に普遍に存在するプラズマの学理は自然の理解に不可欠であり、またその極限的な性質は様々な場面で利用・応用され、新機能性物質創生、半導体プロセス、医療応用、核融合等、現代、および未来の技術基盤を形成しています。
今、それぞれの領域で発展してきたプラズマ科学を統合的に進める研究活動が活発化しています。本特定研究では、プラズマ乱流研究を中心として機能性および光プラズマ領域を「非平衡極限」をキーワードとした結びつけプラズマの普遍的な学理の確立を目指し、すでに共通な課題となっているリモートセンシング技術とビッグデータ解析を組み合わせた新たな観測法や制御法の開発を行います。

(2)若手キャリアアップ支援研究

 パーマネントではない研究者を対象とし、専門的知識や研究能力の向上を目的に、特定研究・一般研究と同様にトカマクプラズマ実験、極限基礎材料実験、プラズマ乱流に関わる共同研究を公募します。

(3)一般研究

 本研究所の核融合力学分野では、プラズマ実験、材料、理論の研究を推進しており年平均40件以上の共同研究課題を全国の研究者と共同で行っております。

 平成21年度より直線プラズマ乱流実験装置PANTA (Plasma Assembly for Nonlinear Turbulence Analysisを構築し、平成25年度にはプラズマ乱流ドックを整備し、共同利用に供しています。これまでの全国共同利用研究の枠に加えて、平成16年からは、核融合科学研究所との双方向型共同研究を開始しております。20年度からは球状トカマクQUEST装置の実験が開始されました。こうして、TRIAM-1Mでの定常研究の成果を基礎にして、ST装置の定常化を目指したトロイダル装置の定常プラズマ運転の研究環境を立ち上げて、核融合科学研究所との双方向型共同研究にて実施しています。これまで以上に多数の研究者の方に研究資産をご活用いただけるよう研究環境を整備してまいりますので、多数の研究課題をご提案くださいますようお願いいたします。但し、当研究拠点での共同利用・共同研究に関しては、自然科学研究機構 核融合科学研究所と共に実施する双方向型共同研究に含まれないプラズマ物理・基礎材料研究を実施する課題を募集します。

1)トカマクプラズマ実験共同研究

 平成20年度からは、球状トカマクQUEST装置を用いた研究を立ち上げており、核融合分野の研究を核融合科学研究所との双方向型共同研究として展開しております。 応用力学共同研究拠点として球状トカマクQUEST装置を応用力学研究のプラットフォームとして提供し、多くの共同研究者(日本原子力研究機構、東京大学、電気通信大学、筑波大学、核融合科学研究所、京都大学、兵庫県立大学、広島大学、山口大学、佐賀大学、東海大学等々)にご利用いただいております。今後もより幅広い研究者にご利用いただきたいと考えております。多数のお申込を歓迎いたします。

1-1)共同研究として期待する分野

共同研究課題として期待しております研究分野は、以下です。

  1. ① 高温トカマクプラズマとプラズマ壁相互作用の基礎過程
  2. ② 波動と粒子の相互作用
  3. ③ プラズマの自発回転やプラズマ周辺部の流れ
  4. ④ マイクロ波・ミリ波のプラズマ加熱や計測への応用
  5. ⑤ 粒子循環・プラズマ制御法の開発や制御理論の実証

 特に、①では粒子リサイクリングの経時変化、金属不純物の共堆積のその場計測、対向材の熱負荷分布計測、リサイクリングの対向材表面温度依存性など、密度制御に係わる課題に対して、新しい計測法の開発や、研究の発展を目指しています。②では波動を用いたプラズマ粒子加速の原理実証や自発電流によるプラズマ維持等の実験を目指します。③ではプラズマの回転駆動、回転の反転、回転の緩和などの実験を目指します。④では新型のアンテナを設置してプラズマ中に静電波や電磁波を励起することでプラズマの反応に関する研究や、プラズマ計測や他分野での計測に応用に関する研究を実施します。⑤では非線形な物質であるプラズマの制御法の開発や、新しい制御理論をプラズマ制御に適応する研究を実施します。こうした基本研究課題だけでなく、新しい提案も大歓迎です。

2)極限基礎材料実験共同研究

 極限的高熱・粒子負荷環境下の材料の研究は、多岐にわたり研究課題に相関があります。応用力学研究所では、高温プラズマ力学研究センターを中心にプラズマ・壁相互作用に関する実験装置が多数整備されており、これまでTRIAM-1Mで用いられた材料を直接研究対象とし、プラズマ中に直接材料を挿入して損傷状況を見る照射実験を行ってきました。これらを基に、実機における極限状況下での材料に関する研究やそれを支える基礎研究、さらにはその成果をふまえての材料開発まで総合的な極限材料の研究に取り組んでいます。
 応用力学共同研究拠点としては、球状トカマクQUESTが稼動しておりますので、このプラズマ・壁相互作用に関する実験装置利用による基礎材料研究を通じて、以下のような研究課題が想定されています。また、これら以外にも、新しい提案を歓迎します。

2-1)プラズマ・壁相互作用の把握
  1. 不純物原子の放出源及びその機構
  2. 水素、ヘリウムの吸蔵・放出現象
  3. プラズマ対向材のプラズマ粒子照射損傷
  4. 透過プローグによる壁材への水素透過
2-2)実験室実験によるプラズマ・壁相互作用と素過程の解明
  1. プラズマ・壁相互作用の定量的評価とそれに基づく材料開発指針の取得
  2. 熱負荷、プラズマ粒子負荷、特にヘリウム粒子負荷による材料劣化機構
2-3)耐照射性に優れたプラズマ対向材料の開発と特性評価
2-4)高エネルギー重イオンによる核融合・原子力関連材料の照射効果の研究
3)プラズマ乱流共同研究

 応用力学研究所は極限プラズマ研究連携センターと連携し、プラズマ乱流研究を推進してきました。高温磁化不均一プラズマにおける乱流と時空構造の動的応答の探求によりプラズマの動的輸送現象を解明することを目的としております。

 上記研究の遂行に関してはe-Scienceの手法(理論、実験、シミュレーションの連携)を採用し、理論・シミュレーション・実験研究を有機的に統合する実験装置・研究システムとして、直線プラズマ乱流実験装置PANTA及びプラズマ乱流ドックを構築しました。このため、今後の共同研究課題としては、上記をさらに発展させるべく、以下のようなものが想定されます。これら以外にも新しい提案を歓迎します。

3-1)乱流プラズマの構造形成と選択則に関する研究
  1. マルチスケール乱流統計理論
  2. マルチスケール乱流遷移理論
  3. 位相空間乱流理論
  4. TDS(Turbulence Diagnostic Simulator)コード開発
  5. NLD(Numerical Linear Device)を用いた乱流シミュレーション研究
  6. 乱流シミュレーションデータの数値診断および実験、理論との比較研究
  7. PANTAによる乱流ダイナミクスの観測
  8. PANTAによる先進プラズマ乱流診断法の開発
3-2)核燃焼プラズマの統合シミュレーション研究
  1. マルチスケール・拡張MHDの理論シミュレーション研究
  2. マルチスケールプラズマ乱流の理論シミュレーション研究
  3. マルチスケール周辺プラズマモデリングおよびシミュレーション研究
  4. 輸送と加熱・電流駆動のマルチスケール統合シミュレーション
  5. 統合コードモデリングおよび並列計算スキームの開発

(4)研究集会

 前出の特定研究・一般研究とは別に、研究会形式の共同研究(研究集会)を公募します。この研究集会は単なる学会での発表や講演会ではなく、明確な目的のもとに企画され、準備されることが期待されています。募集する分野としては、

  1. トロイダルプラズマに関する研究会
  2. 極限材料に関する研究会
  3. プラズマ理論に関する研究会
  4. プラズマに関する学際的横断的課題に関する研究会
  5. その他、新しい芽となり得る課題についての小規模研究会

などが挙げられます。


 

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