2004年度

Plasma Physics and Controlled Fusion

330098
Pedestal characteristics in JFT-2M HRS H-mode plasma
神谷健作 ; 大山直幸 ; 三浦幸俊 ; Hubbard, A. E.*
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(11), p.1745-1755(2004) ; (JAERI-J 21517)

　JFT-2Mでは今回プラズマ周辺部のパラメータを詳細に調べ，HRS Hモードの運転領域をペデスタルパラメータの観点から調べた．HRS Hモードはプラズマ周辺部のパラメータが高密度・低温状態で観測され易く，低密度・高温状態では大振幅のELMが発生した．密度，温度，及び安全係数をスキャンした結果，プラズマ周辺部の規格化衝突周波数νe*(∝neq95/Te2)が運転領域を決定する重要なパラメータの一つであることが示唆され，ELMy/HRS運転領域境界はνe*が1付近に存在することがわかった．

320976
Application of the two-dimensional Newcomb problem to compute the stability matrix of external MHD modes in a tokamak
相羽信行* ; 徳田伸二 ; 石澤朋子* ; 岡本正雄*
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(11), p.1699-1721(2004) ; (JAERI-J 21377)

　ニューコム方程式の理論をトカマクにおける低-n外部モードに適用し，安定性行列を計算する方法を確立した．安定性行列によって外部モードによるプラズマポテンシャルエネルギーの変化を摂動のプラズマ表面での値で表すことができる．この方法を用いて，理想外部モードのスペクトルの性質を詳細に調べた．それには外部モードと内部モードの結合，通常シア配位と逆シア配位の安定性の違いなどが含まれる．これらの結果は抵抗性壁モードの安定性解析にも有益である．

330201
Edge safety factor at the onset of plasma disruption during VDEs in JT-60U
杉原正芳 ; Lukash, V.* ; Khayrutdinov, R.* ; 閨谷譲
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(10), p.1581-1589(2004) ; (JAERI-J 21603)

　JT-60Uにおいて，垂直位置移動中に熱クエンチが発生する時の境界安全係数q値を，FBI/FBEQU及びDINAコードで平衡配位を再構築することにより求めた．両者の結果は極めて類似しており，q値が1.5-2の範囲で熱クエンチが発生する結果が得られた．これにより，垂直位置移動シミュレーションにおいては，この範囲で熱クエンチが起こると仮定し，その後のプラズマの移動やハロー電流を求めることが妥当であることが示された．

320852
Reconstruction of wavenumber spectra of plasma turbulence in microwave reflectometry
Bruskin, L. G.* ; 大山直幸 ; 間瀬淳* ; 篠原孝司 ; 三浦幸俊
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(8), p.1313-1330(2004) ; (JAERI-J 21266)

　基本的なマイクロ波反射計の信号のみを用いてプラズマ中の密度揺動の波数スペクトルを再構成する方法と実験への適用について議論した．密度揺動の強度が小さい場合には，本手法によりかなり正確に波数スペクトルの再構成が行えることがわかった．一方，揺動強度の推定ではエラーバーが40-60%程度になる．本手法をJT-60U装置のHモード周辺プラズマを測定した反射計信号に適用した結果，k_θ〜1cm^-1にピークを持つ揺動の存在を示唆している．

320979
Energetic particle physics in JT-60U and JFT-2M
篠原孝司 ; 武智学* ; 石川正男* ; 草間義紀 ; 都筑和泰 ; 浦田一宏* ; 川島寿人 ; 飛田健次 ; 福山淳* ; Cheng, C. Z.* ; Darrow, D. S.* ; Kramer, G. J.* ; Gorelenkov, N. N. * ; Nazikian, R.* ; 藤堂泰* ; 三浦幸俊 ; 小関隆久
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(7), p.S31-S45(2004) ; (JAERI-J 21380)

　負磁気シア中でのアルベン固有モードの振る舞い，TAE周波数領域で発生する不安定性による高エネルギーイオンの輸送，電流ホールを有するプラズマ中での高エネルギーイオンの振る舞い，フェライト鋼による複雑トロイダル磁場リップル中での高エネルギーイオンの損失など，JT-60U及びJFT-2Mにおける最近の高エネルギー粒子物理研究の成果について報告する．

320978
Impact of toroidal rotation on ELM behaviour in the H-mode on JT-60U
坂本宜照 ; 白井浩 ; 藤田隆明 ; 井手俊介 ; 滝塚知典 ; 大山直幸 ; 鎌田裕
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(5A), p.A299-A304(2004) ; (JAERI-J 21379)

　核融合炉ではELMにより排出される熱流速がダイバータ板の寿命を制限するため，この熱流速の緩和は緊急課題の一つになっている．本論文ではトロイダル回転がELMの振る舞いに与える効果について調べた．トロイダル回転を反プラズマ電流方向に増大させると，ELM周波数が低下するとともにELM振幅が低減し，ELMの全くないHモード境界プラズマが得られ，ELMがトロイダル回転により制御できることが明らかになった．またELMが消失した時に粒子束の増大が観測され，粒子制御性を示唆している．

320977
Roles of aspect ratio, absolute B and effective Z of the H-mode power threshold in tokamaks of the ITPA database
滝塚知典 ; ITPA Hモード閾値データベースワーキンググループ
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(5A), p.A227-A233(2004) ; (JAERI-J 21378)

　将来のトカマク核融合炉のHモードパワー閾値を評価するために，ITPA閾値データベースを用いて定量的な比例則が開発されてきた．最近このITPAデータベースに球状トカマク(MAST, NSTX)のデータが供給された．トロイダル磁場の替りに絶対値磁場Bを含む新しい比例則は，低アスペクト比でのプラズマ電流依存性を包含し，かつこれまでの電流に依存しないというデータに矛盾しない．低アスペクト比がパワー閾値を増大させるその他の要因についても調べる．全てのデータセットに対して，実効的荷電数Zがパワー閾値を上昇させることが明らかになった．Zを比例則のパラメータに加えることにより，実験データに見られる散乱状況と低密度時の異常性をともに減少させることができる．

320765
Dimensionless pedestal identity experiments in JT-60U and JET in ELMy H-mode plasmas
Saibene, G.* ; 波多江仰紀 ; Campbell, D. J.* ; Cordey, J. G.* ; la Luna, E. de.* ; Giroud, C.* ; Guenther, K.* ; 鎌田裕 ; Kempenaars, M. A. H.* ; Loarte, A.* ; Lonnroth, J.* ; Mc Donald, D.* ; Nave, M. F. F.* ; 大山直幸 ; Parail, V.* ; Sartori, R.* ; Stober, J.* ; 鈴木隆博 ; 武智学 ; 東井和夫*
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(5A), p.A195-A205(2004) ; (JAERI-J 21188)

　ITERにおけるHモードの周辺ペデスタル構造と周辺局在化モード(ELM)挙動の予測と制御手法の確立を目的とし，大型トカマク装置（JT-60及びJET(欧州)）間の比較実験を初めて実施した．本論文は，その初期的な報告である．プラズマ断面形状，及びペデスタル部の輸送と安定性を支配する無次元量（ベータ値，規格化ラーマ半径，規格化衝突周波数）を一致させ，ペデスタル構造を比較した．ペデスタル部の幅に関しては，両装置でほぼ一致したが，周辺圧力及びその空間勾配は，JETがJT-60の約1.5倍であった．プラズマのアスペクト比が小さなJET装置での安定性が高い可能性がある．

320851
High recycling steady H-mode regime in the JFT-2M Tokamak
神谷健作* ; Bakhtiari, M.* ; 河西敏 ; 川島寿人 ; 草間義紀 ; 三浦幸俊 ; 小川宏明 ; 大山直幸 ; 佐藤正泰 ; 篠原孝司 ; 都筑和泰 ; 上原和也 ; JFT-2Mグループ
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(5A), p.A157-A163(2004) ; (JAERI-J 21265)

　JFT-2M装置において，第一壁のボロン化後に高リサイクリング定常(HRS)H-modeが得られる新しい運転領域を開拓した．このH-modeは定常性を有しており，大きなELMが無いのでダイバータ板への熱負荷を低減でき，高密度運転が可能である(閉じ込め改善度H_89P〜1.6，規格化密度n_e/n_GW〜0.7)．HRS H-mode遷移時にコヒーレント成分を有する特徴的な磁場及び浮遊電位揺動が10-100kHzの周波数帯に観測されている．この揺動は粒子輸送の増加に重要な役割を果たしていると考えられ，Alcator C-Modで観測されているEnhanced Da (EDA) H-modeと類似している．通常のダイバータ配位(三角度delta〜0.4)におけるHRS H-modeの運転領域は比較的高い中性粒子圧力でかつ高密度( n_e/n_GW>0.4)で観測され易いが，広い範囲の安全係数q₉₅(2〜3付近の低安全係数でも)で得られている．最近の研究では，HRS H-mode運転領域はdelta〜0.75まで拡張可能であることがダブルヌル配位にて明らかとなっている．一方，delta<0.3以下では大きなELMsが発生し，高密度あるいは高リサイクリング状態にもかかわらずHRS H-modeは得られていない．このことはプラズマ形状もELMsの安定化に重要な役割を果たしていることを示唆する．

320764
Formation conditions for electron internal transport barriers in JT-60U plasmas
藤田隆明 ; 福田武司* ; 坂本宜照 ; 井手俊介 ; 鈴木隆博 ; 竹永秀信 ; 居田克巳* ; 出射浩* ; 下妻隆* ; 藤澤彰英* ; 大舘暁* ; 東井和夫*
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(5A), p.A35-A43(2004) ; (JAERI-J 21187)

　電子サイクロトロン波(EC)加熱を用いて，JT-60Uプラズマにおける電子の内部輸送障壁(ITB)の形成条件を調べた．低密度で，中性粒子ビーム加熱パワーが少ない場合に，EC加熱パワーの系統的なスキャンを行った．負磁気シアプラズマの場合には電子温度勾配が空間的に変化する点が出現し，その内側の電子温度勾配がEC加熱パワーとともにすみやかに増大し，電子熱拡散係数が1m²/s以下となったのに対して正磁気シアプラズマの場合は電子温度分布は滑らかなままであり，その最大値も小さい値に留まり，電子熱拡散係数は1m²/s以上であった．このことから，負磁気シアの方が電子ITBが形成されやすいことがわかった．一方，中性粒子ビーム加熱パワーが大きく，イオンのITBが形成される場合には，正磁気シアにおいても電子ITBが形成されることが観測された．これは，イオンのITBの形成に伴う大きな径電場勾配あるいは圧力勾配が電子ITBの形成に有効に働いたためと考えられる．

320447
Stability of ideal MHD ballooning modes and its stabilization by toroidal rotation shear near separatrix
古川勝* ; 徳田伸二 ; 若谷誠宏*
Plasma Physics and Controlled Fusion 46(2), p.409-421(2004) ; (JAERI-J 20906)

　本報では，回転がない，あるいはトロイダル回転するD型トカマクのHモード（高閉じ込めモード）プラズマにおいて，セパラトリクス(X点)は，ペデスタル内の薄い層でしか高n(n: トロイダルモード数)バルーニング安定性に影響を与えない．したがって，セパラトリクスのあるトロイダル回転プラズマにおいても，やはりD型化はバルーニングモードを効果的に安定化することについて記述している．

320301
Axisymmetric disruption dynamics including current profile changes in the ASDEX-Upgrade tokamak
中村幸治 ; Pautasso, G.* ; Gruber, O.* ; Jardin, S. C.*
Plasma Physics and Controlled Fusion 44(8), p.1471-1481(2002) ; (JAERI-J 20792)

　軸対称MHDシミュレーションによって，ディスラプションの際発生する垂直移動現象(VDE）を支配している新しい機構を明らかにした．単一ダイバータ・プラズマで急激なプラズマ電流分布の平坦化が起きると，プラズマはダイバータ側に向かって大きく引き寄せられ，その際のダイバータ配位に応じて上下偏ったVDEが発生しやすくなる．リミター配位のプラズマは本来ダイバータを持たないため，この引き寄せ効果が存在せず，VDEは常に上下方向等しい確率で発生する．この新しい効果は， ASDEX-Upgradeの実験でも確認することができ，これとこれまでの研究で明らかにしてきた「中立平衡点」による効果によって，ディスラプション挙動の全体像を初めて明らかにした．

320383
Particle control design for modification of JT-60 with superconducting coils
櫻井真治 ; 清水勝宏 ; 正木圭 ; 玉井広史 ; 朝倉伸幸 ; 滝塚知典 ; 竹永秀信 ; 三浦幸俊 ; 逆井章 ; 松川誠 ; 石田真一
Plasma Physics and Controlled Fusion 44(6), p.749-760(2002) ; (JAERI-J 20850)

　高βプラズマの定常維持と低放射化材料のプラズマ適合性の実証を目標とするJT-60改修装置のダイバータ基本設計に関し，以下の3点について報告する．(1)高β，高性能プラズマに適した高三角度，高非円形度のプラズマ配位において，β等の変化による磁束及び高密度時の粒子束の拡がりに対し，粒子制御能力を重視した垂直ターゲット方式のセミクローズ形状を採用した．(2)中性粒子の制御性を高めるため，内外ダイバータにそれぞれ排気用クライオパネルを設ける．ダイバータ解析コードにより，〜30Pa m³/sの粒子束に対して外側ダイバータをアタッチ状態を維持できることを確認した．(3)高βプラズマと両立する放射損失に対して10〜15MW/m²の除熱能力を必要を有する炭素アーマ強制冷却ダイバータの開発と金属アーマの検討を行った．

320446
Edge-core relationship of ELMy H-mode plasmas in JT-60U
浦野創* ; 鎌田裕 ; 白井浩 ; 滝塚知典 ; 久保博孝 ; 竹永秀信 ; 三浦幸俊 ; 波多江仰紀 ; 福田武司
Plasma Physics and Controlled Fusion 44(5A), p.A437-A443(2002) ; (JAERI-J 20905)

　JT-60Uにおける高三角度及びAr入射のELMyHモードの高ペデスタル温度到達の機構及びコアプラズマの熱輸送を解析した．高三角度では，境界温度は高パワー加熱によるβ_pの増加とともに上昇し，コア部の温度分布形状は保存され，ペデスタル温度に依存しないことを明らかにした．一方，Ar入射放電では，中心がピークした密度分布が得られ，重水素放電と比べると，相対的にペデスタル密度が減少することから，ペデスタル温度は上昇した．さらに，温度勾配特性長は保存され，コアの温度も上昇した．また，同じNBIパワーで重水素放電と比較すると，放射損失流の増加により，熱伝導流束は減少することから，熱拡散係数が減少することを明らかにした．

320382
H-mode density limit and detachment in JT-60U
Chankin, A. V.* ; 伊丹潔 ; 朝倉伸幸
Plasma Physics and Controlled Fusion 44(5A), p.A399-A405(2002) ; (JAERI-J 20849)

　H-モードの密度限界は，非接触ダイバータにより決まるとのモデルがある．そこで，H-モードの密度限界のメカニズムを探るためにJT-60の高密度H-モード放電について解析を行った．MARFE及び非接触ダイバータに至る高放射損失のNBI加熱プラズマでは，非接触ダイバータとH-L遷移を切り分けることが可能であり，H-L遷移の近傍では，強い非接触ダイバータ状態がみられるが，それ自身は密度上昇を制限しない．つまり，JT-60の密度限界は，H-L遷移により引き起こされるハードな限界という見方はできるが，非接触ダイバータにより決まるとは結論できない．

320381
Pedestal characteristics and extended high-β_p ELMy H-mode regime in JT-60U
鎌田裕 ; 竹永秀信 ; 諫山明彦 ; 波多江仰紀 ; 浦野創* ; 久保博孝 ; 滝塚知典 ; 三浦幸俊
Plasma Physics and Controlled Fusion 44(5A), p.A279-A286(2002) ; (JAERI-J 20848)

　高三角度化及びペレット入射による高β_p ELMy Hモードの性能向上と，それを支えるペデスタル構造について報告する．高三角度化により，高閉じ込め・高規格化ベータ完全非誘導電流駆動プラズマを，瞬間ダイバータ熱流束の小さなGrassy ELMy Hモードと共存させることに成功するとともに，負イオン源NNB入射により，高HHファクターHH=1.2，高規格化ベータβ_N=3をグリンワルド密度指数60%で達成した．また，連続固体水素ペレット入射により，高閉じ込めが得られる密度上限を伸長した．このとき，通常のガス供給法と比べて，同密度で3倍も高い周辺温度が得られた．周辺ペデスタル部の圧力限界がポロイダルβ値とともに改善されることを見いだし，コア部からペデスタル部を含む全領域における分布の観点からHモードプラズマの性能決定プロセスを明らかにした．

320380
Spatial structure of internal and edge transport barriers
藤田隆明
Plasma Physics and Controlled Fusion 44(5A), p.A19-A35(2002) ; (JAERI-J 20847)

　内部及び境界輸送障壁の空間構造についてレビューする．高閉じ込め，高βのためには，大きな内部輸送障壁半径，高い境界輸送障壁（ペデスタル）圧力などが望まれ，それらを規定する物理機構についての理解が必要である．ELMのない定常Hモードの境界輸送障壁においては，ELMより高い周波数の揺動が存在し，粒子を排出して定常性を得ている．径電場シアや安全係数分布の制御により内部輸送障壁半径の拡大が得られている．負磁気シア放電でしばしば見られる中心部の分布が平坦となる箱形の輸送障壁が形成される機構については，まだよくわかっていないが，大域的な構造形成と捉えるアプローチが有効と思われる．高自発電流割合における圧力分布と電流分布の定常性に関しては有望な結果を得ているが，さらに長時間の実験が必要である．高三角度配位にて内部輸送障壁によるプラズマ圧力の増大によりペデスタル圧力の向上が得られた．

320445
Thermal energy confinement of high-triangularity ELMy H-mode plasmas in JT-60U
浦野創* ; 鎌田裕 ; 白井浩 ; 滝塚知典 ; 久保博孝 ; 波多江仰紀 ; 福田武司
Plasma Physics and Controlled Fusion 44(1), p.11-21(2002) ; (JAERI-J 20904)

　JT-60Uにおいて高三角度ELMyHモード実験を行った．低密度領域においては，タイプIのELMが確認され，高三角度プラズマで高いペデスタル圧力を形成した．一方，高密度領域においてはタイプIIIのELMが確認され，ペデスタル圧力は密度とともに緩やかに減少した．低三角度プラズマと比較すると，高三角度プラズマでは高いペデスタル温度が得られ，同時にコアの温度もほぼ同じ割合だけ上昇した．温度分布は，ある温度勾配特性長で保存される．プラズマ形状は境界近傍のトロイダル磁気面に強く影響するので，高三角度化による周辺部安定性の改善が高いペデスタル温度をもたらし，その結果としてコアの温度が上昇したと考えられる．