Confinement degradation and transport of energetic ions due to Alfvn eigenmodes in JT-60U weak shear plasmas

JT-60U負イオン源中性粒子ビーム入射プラズマにおけるアルヴェン固有モードによる高エネルギーイオンの閉じ込め劣化

石川 正男; 武智 学; 篠原 孝司; Cheng, C. Z.*; 松永 剛; 草間 義紀; 福山 淳*; 西谷 健夫; 森岡 篤彦; 笹尾 真実子*; 馬場 護*; JT-60チーム

Ishikawa, Masao; Takechi, Manabu; Shinohara, Koji; Cheng, C. Z.*; Matsunaga, Go; Kusama, Yoshinori; Fukuyama, Atsushi*; Nishitani, Takeo; Morioka, Atsuhiko; Sasao, Mamiko*; Baba, Mamoru*; JT-60 Team

JT-60Uの弱磁気シアプラズマでは、負イオン源中性粒子ビーム入射中に、安全計数分布の変化とともに、周波数が大きく変化し、その後一定となる不安定性が観測された。このような振る舞いをする不安定性に対しては、前者はReversed-Shear-induced Alfvn Eigenmode(RSAE)、後者はTroidicity-induced Alfvn Eigenmode(TAE)として説明することができる。本研究では、RSAE, TAE発生中の中性子発生量を、高エネルギーイオンの軌道追跡モンテカルロコードを用いて、不安定性がないとしたときに計算される中性子発生量と比較することで、不安定性発生中の高エネルギーイオンの閉じ込め劣化を定量的に評価するとともに、RSAEからTAEの遷移中に閉じ込め劣化が最大になることを突き止めた。さらに、中性子発生分布の測定結果から、不安定生によりプラズマ中心部(r/a0.6)の高エネルギーイオンが周辺部へ輸送されることを初めて示した。また、中性粒子計測から、輸送される高エネルギーイオンのエネルギー領域は、不安定性との共鳴相互作用条件を満たすことを初めて突き止めた。

Confinement degradation of energetic ions due to Alfvn Eigenmodes (AEs) induced by negative-ion-based neutral beam injection for the classical confinement is quantitatively evaluated for the first time. AEs, whose frequency largely sweep and then saturate as the minimum value of the safety factor decrease, have been observed in JT-60U. These mode behavior can be explained by RSAEs and the transition from RSAEs to TAEs. Measured total neutron emission rate in the presence of these AEs is compared with that predicted by a classical theory. As a result, confinement degradation of energetic ions is confirmed. Line-integrated neutron emission profile is also compared with that predicted when assuming that the confinement is classical. The result indicates energetic ions are transported from core region of the plasma due to these AEs.