Energetic particle experiments in JT-60U and their implications for a fusion reactor

JT-60Uにおける高エネルギー粒子実験及び核融合炉への展望

飛田 健次; 草間 義紀; 篠原 孝司; 西谷 健夫; 木村 晴行; Kramer, G. J.*; 根本 正博*; 近藤 貴; 及川 聡洋; 森岡 篤彦; 濱松 清隆; Wang, S.; 竹治 智; 武智 学; 石川 正男*; 谷 啓二; 三枝 幹雄*; 小関 隆久

Tobita, Kenji; Kusama, Yoshinori; Shinohara, Koji; Nishitani, Takeo; Kimura, Haruyuki; Kramer, G. J.*; Nemoto, Masahiro*; Kondoh, Takashi; Oikawa, Toshihiro; Morioka, Atsuhiko; Hamamatsu, Kiyotaka; Wang, S.; Takeji, Satoru; Takechi, Manabu; Ishikawa, Masao*; Tani, Keiji; Saigusa, Mikio*; Ozeki, Takahisa

リップル損失とアルフヴェン固有モード(AEモード)を中心にJT-60Uにおける高エネルギー粒子実験の成果をまとめ、これらに基づいて核融合炉への展望を考察した。プラズマ表面でのリップル率が増加するにつれ、中性粒子入射(NBI)イオン,及び核融合生成トリトンの著しい損失を観測し、その損失は負磁気シアで顕著になることを明らかにした。リップル損失による第一壁への熱負荷は軌道追跡モンテカルロコードの予測と良く一致することを示した。イオンサイクロトロン(ICRF)少数イオン加熱及び負イオン源NBI(N-NBI)加熱時に多くのAEモードを観測した。観測した大部分のモードはギャップモードであり、これらからTAE,EAE,NAEモードを同定した。N-NBI加熱時にはバースト状のAEモードが発生することがあることを見出した。このとき不安定周波数の掃引現象が観測され、ビームイオン損失は25%に達することもある。リップル損失や高エネルギー粒子の加熱に関するこれらの研究では、高エネルギー粒子の振る舞いが古典理論または新古典理論で説明できることを明らかにし、核融合炉における高エネルギー粒子の特性を既存理論で定量的に予測できることを示した。AEモードに関しては、実験により核融合炉で起こりうるAEモードの定性的評価を可能にした。

Energetic particle experiments in JT-60U are summarized, mainly covering ripple loss and Alfven eigenmodes (AE modes). Significant loss was observed for 85 keV NBI ions and fusion-produced tritons increased when toroidal field ripple at the plasma surface, especially in reversed shear plasma. Measurement of hot spots on the first wall due to ripple loss confirmed agreement with code predictions, validating the modeling incorporated in an orbit-following Monte Carlo code. A variety of AE modes were destabilized in ICRF minority heating and negative-ion-based NBI (N-NBI) heating. Most of the observed modes are gap modes identified to be TAE, EAE and NAE. Interesting finding is pulsating modes accompanying frequency sweep, which were destabilized by N-NBI and sometimes induced a beam ion loss of up to 25%. Also presented are energetic particle issues in auxiliary heating with ICRF and N-NBI.