Orbit following calculation of energetic ions for design of ferritic insertion on JT-60U

JT-60Uにおけるフェライト鋼挿入の設計のための高エネルギーイオンの軌道追跡計算

篠原 孝司; 鈴木 優; 櫻井 真治; 正木 圭; 藤田 隆明; 三浦 幸俊

Shinohara, Koji; Suzuki, Yutaka; Sakurai, Shinji; Masaki, Kei; Fujita, Takaaki; Miura, Yukitoshi

JT-60トカマクでは、先進トカマク運転に立脚した定常・高ベータプラズマの研究開発を進めてきた。さらなる性能向上には、(1)壁安定化効果の利用,(2)実効加熱パワーの増大,(3)長時間にわたるRFによる電流分布制御の実現,(4)周辺部閉じ込め改善モード(Hモード)を制限していると考えられる高速イオンの損失によるプラズマ回転の抑制が重要である。これらの観点から高速イオンの閉じ込めの改善が重要である。そこでトロイダル磁場リップルを低減することで高速イオンの損失を低減することを目的として強磁性体であるフェライト鋼の設置を行った。ここではフェライト鋼装着のための設計について高エネルギーイオン粒子の振舞の観点から発表する。JFT-2Mのフェライト鋼装着プログラムで開発された完全3次元磁場OFMCコードを用いて高エネルギーイオンの閉じ込めや第一壁への不都合な熱負荷がないことを数値的に検証し、設計を行った。最終的な設計配置では、トロイダル磁場1.9テスラの大体積プラズマにおいて高エネルギーイオンの閉じ込めが約1.3倍改善する。

For the further pursuit of the steady-state advanced tokamak research, the ferritic insertion was proposed to reduce the toroidal field (TF) ripple. The reduction of energetic ion loss due to the TF ripple reduction brings: (1) the enhancement of the heating and current drive "effective" efficiency, (2) the extended pulse length and the improved efficiency of RF injection due to the reduced heat flux on antennas and improved coupling between antennas and a plasma, (3) the availability of a wall stabilization without losing heating power, and (4) the possibility of an enhanced availability of the rotation control to improve the MHD stability and transport. The design work of ferritic inserts was carried out aiming at an effective, machine-safe, and short-term installation. Here, the design work for ferritic inserts is described from the viewpoint of the behavior of energetic ions. The confinement of energetic ions and the absence of the unfavorable heat flux on the first wall was assessed by using the Fully three Dimensional magnetic field OFMC code, which was developed for a ferrite insert program in JFT-2M. In the final design, the confinement of energetic ions is improved by about 1.3 times in a large volume plasma with Bt0 = 1.9T.