Extended steady-state and high-beta regimes of net-current free heliotron plasmas in the large helical device

大型ヘリカル装置における無電流ヘリオトロンプラズマの定常及び高ベータに関する運転領域の拡大

本島 修*; 山田 弘司*; 小森 彰夫*; 大藪 修義*; 金子 修*; 川端 一男*; 三戸 利行*; 武藤 敬*; 居田 克巳*; 今川 信作*; 長山 好夫*; 下妻 隆*; 渡邊 清政*; 増崎 貴*; 宮沢 順一*; 森崎 智宏*; 森田 繁*; 大舘 暁*; 大野 哲靖*; 斉藤 健二*; 榊原 悟*; 竹入 康彦*; 田村 直樹*; 東井 和夫*; 時谷 政行*; 横山 雅之*; 吉沼 幹朗*; 池田 勝則*; 諌山 明彦; 石井 亀男*; 久保 伸*; 村上 定義*; 長崎 百伸*; 関 哲夫*; 高畑 一也*; 竹永 秀信; LHD実験グループ*

Motojima, Osamu*; Yamada, Hiroshi*; Komori, Akio*; Oyabu, Nobuyoshi*; Kaneko, Osamu*; Kawahata, Kazuo*; Mito, Toshiyuki*; Muto, Takashi*; Ida, Katsumi*; Imagawa, Shinsaku*; Nagayama, Yoshio*; Shimozuma, Takashi*; Watanabe, Kiyomasa*; Masuzaki, Suguru*; Miyazawa, Junichi*; Morisaki, Tomohiro*; Morita, Shigeru*; Odachi, Satoshi*; Ono, Noriyasu*; Saito, Kenji*; Sakakibara, Satoru*; Takeiri, Yasuhiko*; Tamura, Naoki*; Toi, Kazuo*; Tokitani, Masayuki*; Yokoyama, Masayuki*; Yoshinuma, Mikiro*; Ikeda, Katsunori*; Isayama, Akihiko; Ishii, Kameo*; Kubo, Shin*; Murakami, Sadayoshi*; Nagasaki, Kazunobu*; Seki, Tetsuo*; Takahata, Kazuya*; Takenaga, Hidenobu; LHD Experimental Group*

大型ヘリカル装置(LHD)では、加熱パワーの増大及び粒子の排気/供給能力の向上と併せ、無電流ヘリオトロンプラズマの革新的な運転シナリオの開発を行った。その結果、高密度,長時間運転,高ベータに関して運転領域を拡大することに成功した。LHDにおける多様な研究の結果、無電流ヘリオトロンプラズマの特長が明らかになった。特に、ローカルアイランドダイバータによる排気とペレット入射によるプラズマ中心部への粒子供給を組合せることにより内部拡散障壁(IDB)を形成し、mという超高密度のプラズマが得られた。この結果は魅力的な超高密度核融合炉へ道を開くものである。また、4.5%の体積平均ベータ値や、54分間(総入力エネルギー: 1.6GJ,平均パワー: 490kW)の放電維持時間を得ることにも成功した。本論文では、IDB,高ベータプラズマ,長時間運転に関する最近2年間の成果を概括する。

The performance of net-current free Heliotron plasmas has been developed by findings of innovative operational scenarios in conjunction with an upgrade of the heating power and the pumping/fueling capability in the Large Helical Device (LHD). Consequently, the operational regime has been extended, in particular, with regard to high density, long pulse length and high beta. Diversified studies in LHD have elucidated the advantages of net-current free heliotron plasmas. In particular, an Internal Diffusion Barrier (IDB) by combination of efficient pumping of the local island divertor function and core fueling by pellet injection has realized a super dense core as high as 510m, which stimulates an attractive super dense core reactor. Achievements of a volume averaged beta of 4.5 % and a discharge duration of 54-min. with a total input energy of 1.6 GJ (490 kW in average) are also highlighted. The progress of LHD experiments in these two years is overviewed with highlighting IDB, high and long pulse.