Development in diagnostics application to control of advanced tokamak plasma
計測器を活用した先進トカマクプラズマの制御法の開発
小出 芳彦
Koide, Yoshihiko
経済性の高いDEMO炉の設計では、ブートストラップ電流割合と規格化ベータ値がともに高い、定常高性能プラズマの実現が想定されている。このような高性能プラズマを、計測器を活用した制御で安定に保持する技術開発が世界のトカマク装置で進められている。本講演ではその開発の現状を述べる。一例として、JT-60では電流分布計測に基づく運動量入力の実時間制御により圧力勾配を適度に緩和することで、整数有理面近傍で発生する崩壊現象を回避する制御アルゴリズムを開発し、DEMO炉で想定される70%程度の高いブートストラップ電流割合のプラズマを8秒間維持することに成功している。また同実験において、ブートストラップ電流割合が高い領域では、圧力勾配変化に対応して安全係数の極小値の変化が大きくなるなど、MHD不安定性を回避する観点から新たな知見が得られている。本講演では、今日の実時間制御手法が自己加熱を伴うDEMO炉に適用できるか、また、十分なトリチウム増殖率の確保と上記制御関連機器のための空間確保との整合性等の課題についても言及する。
An economically attractive DEMO requires a steady-state plasma with high bootstrap-current fraction fBS and high normalized beta. Development in diagnostic application to control of such advanced tokamak plasma is in progress worldwide, which will be discussed in this talk. For example, plasmas with a fraction of DEMO-relevant fBS of 70% have been sustained for 8s in JT-60 by real-time control of toroidal plasma flow based on the current profile measurement by which moderate relaxation of pressure gradient is induced, resulting into avoidance of collapse triggered at integer q surfaces. In this experiment, change in the q value as a response to the pressure-gradient control was found to become big in the high fBS regime. Issues on (1) application of the present-day control methods to DEMO with self-heating, and (2) limitation of port space for the advanced control to keep a sufficient tritium-breeding ratio are also addressed.