초록 ▼

연구의 목적 및 내용
고성능 운전 모드에서의 비확산 난류 수송 및 MHD 안정성을 반영한 통합 모델링을 통해 핵융합로 유사 플라즈마에서의 고성능 운전 모드 운전조건 및 최적의 플라즈마 공간분포를 도출하고 VEST 및 기존 토카막 장치에 적용, 실험을 해석하는 것을 최종목표로 한다.
1) 다양한 고성능 운전 모드의 특성 이해 및 비교 분석
- Weakly Reversed Shear(RS), Strongly RS, Hybrid 등 고성능 운전 모드에 대한 선행 연구 결과를 바탕으로 각 고성능 운전 모드의 특성 비교 분석

연구의 목적 및 내용
고성능 운전 모드에서의 비확산 난류 수송 및 MHD 안정성을 반영한 통합 모델링을 통해 핵융합로 유사 플라즈마에서의 고성능 운전 모드 운전조건 및 최적의 플라즈마 공간분포를 도출하고 VEST 및 기존 토카막 장치에 적용, 실험을 해석하는 것을 최종목표로 한다.
1) 다양한 고성능 운전 모드의 특성 이해 및 비교 분석
- Weakly Reversed Shear(RS), Strongly RS, Hybrid 등 고성능 운전 모드에 대한 선행 연구 결과를 바탕으로 각 고성능 운전 모드의 특성 비교 분석

2) 고성능 운전 모드 난류 수송의 이론적 이해 및 해석
- 고성능 운전 모드에 적합한 난류 수송 모델 연구
- 고성능 운전 모드 전산모사를 위한 RS 플라즈마의 비확산 수송 이론 해석 모델 개발

3) 핵융합로 유사 조건에서 고성능 운전 모드 전산모사를 통한 최적의 운전 조건 및 플라즈마 공간분포 도출
- 알파 입자 가열에 의해 플라즈마 중심부 가열이 주가 되는 연소 플라즈마를 대상으로, 플라즈마 전류의 ramp up부터 ramp down에 이르기까지 전체의 시나리오 전산모사
- 입자 및 에너지 수송과 더불어 운동량, 알파입자 수송을 통합적으로 고려하여, 고성능 운전 모드 최적의 운전 조건 도출
- 전류 분포, 압력 분포, 운동량 분포 등의 플라즈마 공간분포 도출

4) 고성능 운전 모드 MHD 안정성 연구 및 공간분포 최적화
- 도출된 플라즈마 공간분포의 MHD 안정성 분석을 통한 공간분포 최적화
- 비선형 MHD 안정성 분석 도입 및 플라즈마 공간분포 해석

5) 고성능 운전 모드 운전 조건 및 공간분포를 실제 실험에서 달성하기 위한 방법 제시 및 실험 결과 해석
- 도출된 운전 조건을 국내외의 기존 토카막 장치 및 VEST 장치를 통해 검증하고, 최적 운전 조건을 달성하기 위해 타 세부과제와 유기적인 방법론 연구

연구 개발 성과
- ST 장치 고성능 운전 모드의 난류 수송 및 MHD 안정성을 고려한 통합 모델링 체계 구축
- 구축된 시스템을 활용한 가열 및 전류구동 전산모사, 시나리오 전산모사, MHD 안정성 해석 전산모사, 운동량 특성 해석 전산모사 등의 해석 결과 도출
- 저 자장의 ST 플라즈마에 중성입자빔을 통한 가열 효율을 자기장 구조 변형을 통해 효과적으로 증가시키는 방법 도출
- 핵융합로 유사 조건에서의 전산모사 데이터베이스 구축

연구 개발 성과의 활용 계획(기대 효과)
1) 고성능 운전 모드 물리 연구를 통한 통합 전산해석 기반 및 전문 인력 확보
2) 고성능 운전 모드 연구 결과의 ITER 시나리오에의 적용 기대
3) 핵융합로 유사 조건에서의 고성능 운전 모드 도출 결과는 향후 실증로 설계시 데이터베이스로 활용

(출처 : 국문 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
The purposes are to obtain operation conditions and the optimal plasma profiles for the advanced operation mode in reactor-relevant plasmas through the integrated modelling considering the nondiffusive transport and the MHD stability and to investigate the experiments by applyi

Purpose & Contents
The purposes are to obtain operation conditions and the optimal plasma profiles for the advanced operation mode in reactor-relevant plasmas through the integrated modelling considering the nondiffusive transport and the MHD stability and to investigate the experiments by applying the results to VEST and the existing tokamaks.
1) Comparative analysis and understanding of various advanced operation modes
- Comparative analysis based on literature searches

2) Theoretical analysis of turbulent transport in the advanced operation modes
- Theoretical study on a turbulent transport model
- Development of an analytic nondiffusive transport model

3) Obtain operation conditions and plasma profiles based on the simulation of the advanced operation modes in reactor-relevant plasmas.
- Full-discharge simulations including ramp-up and down in the alpha heating dominant burning plasmas
- Obtain operation conditions for the advanced operation modes by considering particle, energy, momentum, and alpha particle transport
- Obtain plasma profiles including a current, a pressure, and a momentum

4) MHD stability analysis and optimization of the operation conditions and plasma profiles
- Optimizing the obtained operation conditions plasma profiles based on the MHD stability analysis
- Adopting nonlinear MHD stability analysis code and applying to investigate plasma profile evolutions

5) Suggesting scenario sequences, operating conditions, and plasma profiles in experiments for the achievement of the advanced operation modes
- Verification of obtained operating conditions based on database of the existing tokamak devices and VEST device
- Study on a systematical methodology with other assignments to achieve optimal operating conditions in VEST

Results
- System of the integrated modelling in spherical torus considering the turbulence transport and the MHD stability
- Analysis results for a heating and current drive characteristics, scenario developments, MHD stability, momentum transport characteristics in existing tokamak devices by using the integrated modelling system
- Development of the new method to increase neutral beam heating efficiency via deforming magnetic field structure
- Development of database for reactor-relevant plasma simulations

Expected Contribution
1) Secure of the integrated modelling systems and professional manpower
2) Expectation of the application of the developed results to ITER scenarios
3) Development of database for the design of reactor-relevant tokamaks

(출처 : 영문요약문 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 6
• 목차 ... 7
• 1. 연구 개발 과제의 개요 ... 8
• 1-1. 연구 개발 목적 ... 8
• 1-2. 연구 개발의 필요성 ... 8
• 1-3. 연구 개발 범위 ... 8
• 2. 국내외 기술 개발 현황 ... 10
• 3. 연구 수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 126
• 4-1. 목표 달성도 ... 126
• 4-2. 관련 분야 기여도 ... 128
• 5. 연구 결과의 활용 계획 ... 130
• 6. 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 131
• 7. 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 132
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구 시설·장비 현황 ... 133
• 9. 연구 개발 과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 134
• 10. 연구 개발 과제의 대표적 연구 실적 ... 135
• 11. 기타 사항 ... 137
• 12. 참고 문헌 ... 138
• 끝페이지 ... 141