Nuclear Fusion

ICFの圧縮では、アブレーティブ・レイリー–テイラー不安定性（ARTI）が問題になります。本研究は、初期モードの波数がカットオフ近傍にある条件で、2次元の二モード結合を数値計算で再検討しました。準線形段階の生成モードは、自力成長とモード結合による駆動成長の両方が重要です。線形安定な2モードの結合から線形不安定モードが生じ、基準に従って主モードを競います。両成長と経験的に修正した結合係数を含むモデルが、生成モードの成長を正確に予測しました。ICF設計でのARTI評価に役立ちます。

2026

本研究は、次世代球状トカマク STEP の電磁乱流を局所ジャイロ運動論シミュレーションで調べ、熱流束が急に大きくなる遷移の仕組みを解明した。遷移の始まりは q·βe の臨界値やポロイダルベータの限界とよく対応し、その値は線形安定限界（理想・運動論的バルーニングモード）より低い。遷移は静電応力と磁気揺らぎ応力の釣り合いで決まる。装置の大半径が大きいほど低いβで電磁非帯状領域に達し、炉規模ではこの限界に近づきやすい。第二安定領域に入ると再飽和が起こり、理想バルーニング閾値が良い目安になる。

2026

核融合装置J-TEXTで、ディスラプション時に発生する逃走電子（RE）電流を共鳴磁気摂動（RMP）で抑えられるか実験した。大量ガス注入で意図的にディスラプションを起こす前に、m/n=2/1モードのRMPを印加。RMPが弱いと抑制効果は小さいが、モード侵入するほど強いと磁気島の位相が重要になる。磁気島のO点がガス注入領域に近い位相が最適で、侵入時間が約50msを超えると抑制がより有効。遅い侵入でも特定位相なら抑制できる。長時間侵入ではプラズマ分布変化とディスラプション中の磁場摂動、遅い侵入では主に磁場摂動が効くと示唆。プラズマ応答と磁気島成長がRE抑制に重要と分かった。

2026

磁場の乱れであるテアリングモード内に不純物が溜まった「放射性テアリングモード」を、ASDEX Upgrade装置で調べた研究です。温度・密度・タングステン濃度を同時に測ることに初めて成功し、磁気島の中で電子温度が中心で凹み、電子密度が尖る分布を初めて観測しました。4つの放電例を用いて(2,1)モードの発生と発展を示し、その時間スケールと挙動を磁気流体力学と粒子輸送の理論で説明しています。核融合プラズマの不安定性と不純物輸送の理解に役立ちます。

2026

EASTトカマクで、MARFEに似た強い放射・高密度・低電子温度の「動的放射帯」が観測された。放射帯は不純物入射でダイバータ領域に形成され、HモードからLモードへの遷移や閉じ込め劣化後にX点や高磁場側へ移動し、内側ミッドプレーンを越えて反対側ダイバータへ達した後、元の位置へ戻る。移動に伴い密度・放射・中性粒子圧力・壁熱負荷の非対称性が変化し、トロイダル磁場反転で経路も反転する。放射帯移動時には10 kHzまでの揺動が現れ、磁気揺動はm/n=2/1 MHDモードへ遷移。周波数は初期位置からの距離と正相関し、過度な上昇はディスラプション前兆を示唆する。

2026

核融合実験装置EASTで、高エネルギー粒子が起こす不安定性「フィッシュボーン」とその高次高調波を、運動論とMHDを組み合わせたコードM3D-Kで調べた。線形計算では捕捉高エネルギー粒子のトロイダル歳差共鳴が駆動源。n=1は典型的フィッシュボーン、n=2は粒子圧力が臨界を超えるとEPMへ移行する。非線形では、弱い駆動でn=2がn=1の非線形MHD結合により発生し、周波数はn=1の2倍で共に下向きにチャープする。強い駆動ではBAEが現れ、n=2は上向きにチャープする。非線形結合と高速イオン再分布が重要だと示した。

2026

浮上式双極磁場装置RT-1の実験で、端領域に低周波の電場揺動が現れると、電子密度と電場の揺動がそろって内向きの粒子輸送を起こすことが分かった。この揺動は、磁場の強い側へ向かう定常的な粒子束を駆動し、双極磁場中に尖った高密度構造を作るのに関与すると考えられる。静電プローブを多点配置して揺動を測ることで、トロイダル方向の電場揺動と内向き粒子束を同時に観測した。学生には、揺動が乱れではなく粒子を内側へ運ぶ仕組みになり得る例として理解しやすい。

2026

本論文は、核融合プラズマを閉じ込めるステラレーター装置W7-XとHeliotron-Jで、磁場のねじれ具合（磁気シア）がプラズマの揺らぎと熱の逃げ（乱流輸送）にどう効くかを調べた。有限圧力でのジャイロカイネティック計算により、通常の安定限界よりずっと低い圧力でも共鳴的に不安定化する「閾値以下KBM」が全配位で存在すると判明。簡約モデルでは磁気シアを強め、悪い曲率を弱めるとKBMが安定化する。非線形計算では、W7-Xで閾値以下KBMが励起されると輸送が増え、低磁気シア配位は帯状流が強まり輸送が減った。H-Jでは閾値以下KBMがあっても高ベータで帯状流応答が強まり輸送が減少。線形・非線形の両方を見る重要性を示す。

2026

核融合炉の閉じ込め改善モードでは、端部局在モード（ELM）が問題になる。KSTARではELMが自然に消え、代わりに低周波の端部調和振動（EHO）が現れるQHモードが観測される。本研究は高時空間分解の電子サイクロトロン放射イメージングでEHOの時空間構造を調べ、EHOがペデスタル内の最大圧力勾配付近に局在し、イオン反磁性方向へ伝播すること、回転シアが強いほど径方向の広がりが増えることを示した。さらに情報理論のTransfer Entropy解析から、EHOは外向きエネルギー輸送を促して圧力勾配を制限し、背景シア流はEHOの飽和振幅とエネルギー流束を調整する「二重安定化」制御を明らかにした。回転シアとモード構造の結合がELMフリー状態を支える。

2026

EASTのLiペレット入射で生じるELMが作る電磁場の乱れが、タングステン（W）イオンの動きにどう影響するかを粒子追跡で調べた。BOUT++のELM計算結果を入力に全軌道シミュレーションを行い、Wの複数電荷状態は代表的な分布で近似できることを確認。ELM中はドリフトがW輸送の主因で、摂動電場が支配的だった。ペレットをペデスタル上部に入れると、炉心からWを追い出し、外部からの流入も遮へいしやすい。ELM摂動はWの平均速度と拡散係数を増やし、セパラトリクス付近では径方向速度が大きくなって境界から排出されやすい。低磁場側に初期分布するWが最も失われやすい。

2026

ステラレーターは複雑な磁場でプラズマを閉じ込める核融合装置です。QI磁場は新古典輸送を抑える有力候補ですが、磁気面の強い変形や複雑なコイルが必要でした。本研究はQIと区分オムニジェナス（pwO）を組み合わせ、低磁場領域はQIのまま、高磁場領域ではQIから外れる新しいQI-pwO磁場を提案します。QIの輸送性能を保ちつつ、他の物理・工学的要件と両立しやすくする狙いです。

2026

本論文は、核融合材料の照射試験に使う中性子源（C-FPNS）のターゲット設計を検討する。35～60 MeVの複数のコンパクト重水素サイクロトロンビームを合計40 mA未満で、試料を囲む流動リチウム環状部に集中させる。試料部には小型の引張・シャルピー試験片を置き、核融合炉相当の中性子で均一に照射する。目標は試料体積50 cm³超、損傷10 dpa/年超、損傷勾配40%未満で、単位ビーム電流当たりの損傷を最大化すること。

2026

本論文は、核融合材料照射施設IFMIFのための原型加速器LIPAcの成果を報告する。LIPAcは125 mAの重陽子ビームを連続波（CW）で9 MeVまで加速する設計である。今回、RFQを用いたPhase B+構成で5 MeVの高デューティサイクル試験を行い、最大デューティ8.75%、ビーム電流119 mA、平均ビーム電力40〜45 kWを達成した。これは稼働中のRFQとしては世界最高水準の平均ビーム電力である。また、さらにデューティを上げる際のボトルネックがRFQのRFカプラーであると特定し、高デューティ用のロウ付けカプラーを準備している。これらの成果は、超伝導リニアック統合やCW運転に向けた次段階の基礎となる。

2026

将来の核融合炉では、重水素と三重水素（DT）の融合反応で生じる中性子の発生率が運転性能を示す重要な指標となる。トリチウム消費と中性子による放射化を抑えるには、期待した性能に達しない「ダッド」プラズマを早く検知する必要がある。JETではそのためのダッド検出器が実用化されている。本研究は、中性子発生率の代理モデル（サロゲートモデル）を機械学習で作り、より高度なダッド検出に使う方法を提案する。BEST、HL-3、ITER、SPARCでのDT運転に備え、TFTRで行われた類似のDT実験も解析し、手法の移植性と限界を調べた。

2026

核融合発電には、高い性能と長時間運転の両立が欠かせません。本論文は、世界10基のトカマクと2基のステラレータから集めた実験データをまとめた国際データベースCICLOPを使い、2023〜2025年の最新成果を分析したレビューです。DIII-D、EAST、JET、KSTAR、WEST、W7-Xなどが新たな記録を提供し、プラズマを長く保ちながら性能を上げるための物理と工学の課題を整理しています。

2026

TAE社は、中性粒子ビーム入射、炉心燃料補給、電極バイアスなどの外部アクチュエータを用いて、安定な磁場反転配位（FRC）プラズマを維持できることを実証した。これを再現するため、オープンソースの粒子-in-セルコードWarpXに外部アクチュエータの効果を追加した。本研究では、拡張したハイブリッドPICモデルをC-2W実験の結果と比較して検証した。その結果、C-2Wで日常的に観測される低振幅の高エネルギー粒子駆動モードと、外部アクチュエータ停止後のプラズマ減衰の特徴をよく再現できた。この検証により、シミュレーション基盤が実験観測の解釈に使えるという信頼が得られた。

2026

レーザー直接駆動核融合では、レーザー照射のムラ（インプリント）が爆縮を不安定化させる。本研究は、レーザーインプリントを初期標的表面の擾乱に置き換える等価摂動モデルを作り、標的製作の不完全さやプラズマ中の熱平滑化も考慮した。その結果、幾何学的照射だけを考えた場合より爆縮感度が下がることが分かった。放射流体シミュレーションとOMEGA実験でモデルを支持し、中・高モードの線形摂動に対して、レーザーと標的の擾乱の進展理解と爆縮性能最適化に役立つ簡易ツールとなる。

2026

磁場閉じ込めプラズマの計測プロファイルを自動で当てはめる手法を提案。異常な計測値に強いベイズ尤度とMCMCサンプリングを使い、KSTARで実証した。多重極小に陥りにくく、並列自動処理でMDSplusからデータを取得し、結果を保存する。汚染された測定を自動的に軽視しつつ、もっともらしいペデスタルプロファイルを保つ。kinetic-EFITやTRANSP等の大規模解析への実用的基盤となる。

2026

本論文は、トカマクJ-TEXTで密度限界ディスラプション（DLD）の前兆を、解釈可能な機械学習で分析したものです。モデルが単にグリーンワルド密度に頼らないよう、グリーンワルド比と中心密度を入力から除外し、周辺密度勾配、密度非対称性、不純物放射、リサイクリング、MHD活動を特徴量に使用しました。ショット単位AUC 0.9791、TPR 98.65%、FPR 6.67%と高精度です。解釈分析では、高磁場側優位の密度非対称性や低磁場側優位のCIII放射、中間的な密度勾配がDLD分類に寄与し、これらが結合した周辺前兆パターンを示しました。解釈可能MLが統計的に支持された前兆抽出に有用であることを示します。

2026

KSTARでは、プラズマ崩壊の前にUFO（未確認飛翔物体）現象が起こることがあります。本研究は、可視カメラ画像と運転パラメータを使い、UFOを検出・予測できるか調べました。手作業ラベルを基準に、ResNet-18はF1 0.911で検出。さらに12個のスカラー量だけを使うランダムフォレストが精度0.96、UFO F1 0.94を達成。上部三角度や内部インダクタンス、軸上安全係数が有効でした。イベント直前では形状パラメータ（上部三角度、伸長度）だけが有意に変化し、因果ではなく相関的な前兆と解釈。リアルタイム監視への道筋を示します。

2026

トカマクの高nトロイダルアルヴェン固有モード（TAE）の線形不安定性解析のため、物理情報を組み込んだ代理モデルを提案。GMECの大域シミュレーションとETECの局所固有値計算でデータベースを構築。ETECの簡略解はGMECの大域解と強く相関。多層パーセプトロンで代理モデルを訓練し、局所平衡パラメータからGMECの実周波数と成長率を予測。ETEC結果を事前物理情報として入力に加えると汎化性能が大幅に向上した。

2026

CFETRのCOOLブランケット第一壁は高熱流束とプラズマ損耗にさらされ、熱的・構造的要件を同時に満たす必要がある。設計探索の計算コストを下げるため、熱機械応答を高速予測する代理モデルを構築し、FEMの応力線形化で補正した。これをNSGA-IIと組み合わせ、冷却材流路形状と流量を最適化した。出口温度最大化と流動抵抗損失最小化のトレードオフを表すパレートフロントが得られ、基準設計より損失を22.67%削減する解や出口温度を8.31°C向上させる解が得られた。高速な予備設計に有効である。

2026

核融合炉では燃料である中心密度を正しく予測・制御することが重要で、ペレット入射は主要な燃料供給手段です。本研究は物理ベースのペレットコードHPI2を改良し、プラズモイド放出の空間刻みをアブレーション物理から自己整合的に決めることで、経験的パラメータを排除し数値的な安定性を高めました。改良モデルはWESTの放電#58656で単独検証され、干渉計で測った密度上昇を合成データで再現。さらにJINTRAC/IMASワークフロー（JETTO+SANCO+TGLF-SAT2）に組み込み、ペレット入射後の密度上昇と緩和、電子温度の過渡変化を再現し、タングステン放射の強い影響も考慮しました。ITERなど大型装置の統合モデリングへの適用を支持する成果です。

2026

DIII-D装置で、負の三角度という特殊な磁場形状にすると、閉じ込めが良くELMが起きないプラズマができる。本研究は端付近の乱流と流れを多種類の計測で調べ、輸送障壁ができる証拠を見つけた。電子温度・密度の揺らぎ、乱流の速度、相関長を測り、ポロイダル速度の井戸と揺らぎ増大の関係を示した。線形計算では内側のITG的モードからペデスタル上部のTEM的モードへの変化が見え、予測モデル検証に新たな定量制約を与える。

2026

DIII-D実験は、高密度でも閉じ込めを保つ相乗効果を示し、従来同時に得られなかった H98y2>=1.5、線平均密度のGreenwald比fGr>=1.4、トロイダルベータ>=3%を同時達成した。小型定常FPPや、ITERで500MW・Q=10をより低いプラズマ電流で狙うために重要。真空容器壁との距離縮小と高い三角形度（上下平均δ~0.9）で理想壁安定性限界を上げ、ペデスタル密度も高めた。高密度では小さいELMが頻発し、不純物注入なしでもダイバータは近接脱離。再現性よく維持されたが、電流分布発展に伴うMHDモードで終了。ECH注入で非誘導定常運転への道も示す。

2026

負の三角形度（NT）は、Hモードを阻害することで、炉級トカマクのダイバータ熱負荷を下げる可能性がある。本研究は、既存の電流駆動法がNTでどう振る舞うかを調べた。高い効率が魅力の下部ハイブリッド電流駆動（LHCD）に注目し、高磁場側（HFS）からのLHCDを、正三角形度（PT）とNTで比較した。形状を揃えた平衡はTokaMakerで生成し、GENRAY/CQL3Dで解析した。装置はDIII-D級とARC級。NTではより多様なランチャー配置で強い吸収が得られた。駆動電流はPTの方が大きい場合もあったが、LH電流密度はNTでより細い。ARCではランチャーへの中性子束も検討した。総じてHFS LHCDはNTで良好に機能すると期待される。

2026

核融合装置では、周辺局在モード（ELM）がダイバータに強い熱負荷を与えます。HL-2Aトカマクの実験で、ELM崩壊時に磁力線のつながり方（磁気トポロジー）が不連続に変わり、ダイバータ熱負荷ピークが急に移動することを初めて観測しました。ELMの非線形発展が磁気リコネクションを駆動し、高エネルギー電子がらせん状電流フィラメントを形成。それがトポロジーの破れをポロイダル方向へ急拡大させ、磁気揺動の相関長も非漸進的に変化します。ELMモデリングとリコネクション物理に新しい視点を与えます。

2026

本論文は、数値軸対称トカマク平衡で案内中心周波数を高速に計算する幾何学的手法を提案する。これにより共鳴軌道を低コストで同定し、平衡が軌道周波数スペクトル（OFS）と共鳴条件に与える役割を直感的に説明できる。ASDEX UpgradeとDTTの平衡に適用し、静的・非軸対称摂動および時間依存・軸対称摂動下で共鳴島の位置や輸送障壁の存在を予測できることを示した。さらに、非摂動案内中心運動の共鳴解析に基づくイオン輸送の縮約モデル開発の基盤となる。

2026

高速点火で多重衝撃圧縮されたDT燃料は、中心に高密度コア、その周囲に低密度だが質量の大半を占める領域をもつ非一様構造になる。2次元燃焼シミュレーションにより、中心で点火しても燃焼波が低密度域で急速に減衰し、自己持続燃焼に至らず燃焼率が低下することが示された。全体の面密度が同程度でも、密度構造、特に点火領域周辺の密度が燃焼率を左右する。高い燃焼率には、局所的な高密度コアだけでなく、燃焼波の伝播経路に十分高密度な燃料領域が必要である。

2026

核融合装置の排気・熱制御に重要なダイバータの非接触化（デタッチメント）を、EASTで機械学習により高速予測した研究。SOLPS-ITER計算でデータベースを作り、単一・マルチタスクのNNとCNNを比較。CNN-MTが最も高精度だった。水平ターゲットのコーナー付近は低い密度でデタッチし、熱流束制限も満たす好適な運転領域だとわかった。さらに統計解析から、幾何学的な閉じ込めと中性粒子蓄積が体積損失を増やし、デタッチを促す仕組みが示された。

2026

本論文は、核融合装置HL-3のオープンXダイバータ（OXD）で、ダイバータがプラズマから切り離される「デタッチメント」が標準ダイバータより起こりにくい理由を、SOLPS-ITERシミュレーションで調べた。低密度ではE×Bドリフトがデタッチメントを強く抑制し、外側ストライク点だけがデタッチする「デタッチメントクリフ」が現れる。ドリフトがあるとE×B流が炭素不純物を外側ストライク点から運び去り、さらに不純物輸送の反転が正帰還を生む。主因は開放的なダイバータ構造で、閉じ込めを改善すればデタッチメント性能が上がる。

2026

この研究は、ITERの全タングステン壁でネオン添加放電中のタングステン侵食・輸送を3次元モンテカルロコードERO2.0で解析した。SOLPS-ITERのプラズマ背景を使い、重水素・ヘリウム・ネオンの全電離状態と電荷交換中性粒子を考慮。侵食は主にネオンが支配し、中性粒子の寄与は小さい。低磁場側、特に主室下部と外側ダイバータで侵食が顕著。ダイバータと主室のタングステン放出量は同程度で、ネオン添加量により比が0.6～7に変化。低添加ではSOL停滞により上流輸送が増え、外側ミッドプレーンで密度が4倍に。高添加では下流輸送が支配的。ITERのプラズマ－壁相互作用理解に貢献。

2026

MAST-Uの第4実験キャンペーンで、下部ダイバータにクライオポンプを設置し、密度制御やデタッチメント制御を調べた。バッフルで仕切られたダイバータ室は主室内のプラズマ密度への影響を抑えつつ、局所的な中性粒子圧を調整できる。実験とSOLPS-ITER計算の両方で、クライオポンプは外側下部ダイバータの中性粒子圧を下げ、線平均密度や上流圧は維持した。ダイバータ燃料注入は効率が低く、主室注入、特に高磁場側は効率が高く密度スケーリングも強い。注入位置と排気を組み合わせることで、上流密度とデタッチメントを相補的に制御できる。

2026

核融合ダイバータ用CuCrZrヒートシンク管に高熱流束を繰り返し与え、組織と強度の変化を調べた。20 MW/m²で300回・1000回、23/25 MW/m²で300回の試験後、硬さ・引張・EBSD・TEMで評価した。表面に近いほど劣化が激しく、20 MW/m²・1000回では降伏強度が167.1 MPaまで低下（as-HIP材より約30 MPa低い）。繰返し熱応力で転位が動き、サブグレインが崩壊、Cr析出物は溶解・再析出する。再結晶領域は加工硬化し、変形領域は回復・動的再結晶で軟化する。等温焼鈍と異なり、熱流束条件と位置に依存する複合効果が性能を支配する。

2026

核融合プラズマの閉じ込め磁場が逆向きに変化する「逆磁気シア」で、温度差が引き起こす電磁的不安定性をジャイロ運動論的粒子シミュレーションで調べた。低ベータ領域でも、磁気面とゼロシア位置が一致すると通常のITGモードではなく、1つのポロイダル波数成分が卓越する電磁モードが現れる。周波数はITGより高く、密度勾配でなく温度勾配で駆動され、弱シアの単調qでも見られる。これを弱シア・アルフベン性ITG（WSAITG）モードと同定し、実験で観測される低周波アルフベン様モードの説明になりうる。位相空間共鳴解析では、通過粒子がITGとは異なる追加の共鳴源としてWSAITGを駆動する。

2026

本論文は、任意の参照分布から物理的に整合した平衡分布を構成する汎用手法を提案する。未摂動軌道に沿った反復拡散によって「最近接の正準平衡」を抽出し、軌道平均分布へ収束させる。明示的な軌道積分を必要とせず、バウンス点近傍や捕捉–通過境界でも数値的に安定で、前処理により収束を加速できる。応用として、イオン温度勾配乱流シミュレーションで帯状成分を背景分布に吸収し、摂動次数を保ちつつCFL安定性制約を大幅に緩和、短時間の輸送レベルは従来の固定平衡ベンチマークと良く一致した。さらに飽和後の摂動を運動定数空間へ高精度に写像し、軌道不変な表現を与える。

2026

核融合炉で燃料のトリチウムを自給するには、ブランケットでトリチウムを生産する技術が必要です。本論文は、ITERで試験される水冷リチウム鉛テストブランケット(TBM)について、EUROfusionの枠組みで行った熱流体解析をまとめています。事故時でも閉じ込め障壁の構造健全性が保たれるかを評価するため、破損モード影響解析で代表的な事故シナリオを選び、MELCOR 1.8.6で解析しました。対象は容器外冷却材喪失事故と熱除去喪失です。結果は現在の設計の堅牢性を示しています。

2026