Steady-state operation scenarios with a central current hole for JT-60SC

JT-60改修装置における中心電流ホールを伴う定常運転シナリオ

玉井 広史 ; 石田 真一; 栗田 源一; 坂本 宜照; 藤田 隆明; 白井 浩; 土屋 勝彦; 松川 誠; 逆井 章; 櫻井 真治; 三浦 幸俊; 牛草 健吉

Tamai, Hiroshi; Ishida, Shinichi; Kurita, Genichi; Sakamoto, Yoshiteru; Fujita, Takaaki; Shirai, Hiroshi; Tsuchiya, Katsuhiko; Matsukawa, Makoto; Sakasai, Akira; Sakurai, Shinji; Miura, Yukitoshi; Ushigusa, Kenkichi

JT-60を超伝導化する改修装置 (JT-60SC) における中心電流ホールつき定常運転の可能性について、核融合炉への適用性の観点から解析・検討を行った。電流ホールの核融合工学に与えるインパクトは、プラズマ中心部で電流を駆動する必要がなくなるため、中性粒子ビームエネルギーの大幅な低減をもたらすことであると考えられる。そこで、JT-60Uの実験結果から導かれた熱・粒子輸送係数を磁気シアの函数として与え、非定常の1.5次元プラズマ輸送解析コードを用いてJT-60SC における中心電流ホールつき非誘導電流駆動プラズマの時間発展を模擬した。その結果、プラズマ電流(Ip)1.5MA,トロイダル磁場(BT)2T,95%の磁気面における安全係数(q95)4.5で11.2MWのoff-axisビームにより、閉じ込め改善度(HHy2)が約1.6,規格化値(beta_N)が約4,自発電流割合が約75%,電流ホールが小半径の約30%の領域まで達したプラズマを約70秒と、ほぼ定常に維持できることが示された。この結果は、電流ホールつき定常プラズマを得るには、自発電流及び内部輸送障壁の形成領域と電流ホールの位置関係が重要であることを示唆している。

This paper presents the feasibility and issues of steady state operation with a central current hole for JT-60SC, the superconducting tokamak to be modified from JT-60, from the view of reactor applicability of the current hole. An impact of the current hole on fusion engineering would stand in no necessity of central current drive leading to a remarkable reduction of neutral beam injection energy. The 1.5D time-dependent transport code analysis is made with using thermal and particle transport coefficients deduced from observations in JT-60U as a function of the magnetic shear. A steady state operation with HHy2~1.6 and beta_N~4 is obtained at Ip=1.5 MA, Bt=2 T and q95=4.5 by off-axis beams of 11.2 MW. The bootstrap fraction of ~75% of the plasma current and the current hole region of ~30% of the minor radius are sustained up to 70 s. The results suggest that a bootstrap current evolution near the current hole region and a relation between the location of ITB and the central current hole region are important to achieve a steady state plasma compatible with the current hole.