Physics assessment of the NBI capability in ITER plasmas

ITERプラズマにおけるNBI性能の物理評価

及川 聡洋; Polevoi, A. R.*; Mukhovatov, V.*; 坂本 宜照; 鎌田 裕; 嶋田 道也*; Campbell, D. J.*; Chuyanov, V.*; Schunke, B.*; Tanga, A.*; Hemsworth, R. S.*

Oikawa, Toshihiro; Polevoi, A. R.*; Mukhovatov, V.*; Sakamoto, Yoshiteru; Kamada, Yutaka; Shimada, Michiya*; Campbell, D. J.*; Chuyanov, V.*; Schunke, B.*; Tanga, A.*; Hemsworth, R. S.*

現在行われているITERの設計評価では、MHD不安定性抑制に必要なプラズマ回転を増やすためにNBIのエネルギーを下げる提案がされている。そこでさまざまな設計の可能性に対してNB入射によるプラズマ性能を評価した。外部加熱電力によってHモードを得られる運転領域を評価したところ、重水素-三重水素運転ではHモード遷移境界を十分に超え良い閉じ込めが得られる領域に到達できる。軽水素運転ではNBIの突抜のためエネルギーを500keV以下にする必要がある。しかしながらビームエネルギーを500keVまで下げるとITERのミッション達成に必要な程度の高密度で中心加熱ができないことから、DT運転ではより高いビームエネルギーが必要である。ビームエネルギーを750keVにすると回転は13%増えるが電流駆動は20%効率が落ち、定常運転シナリオを描くことが困難になる。したがってDT運転では1MeVのNBが必要である。ITERでは放電中にビームエネルギーの変化を通してNB入射パワーを変化させることができ、NBIを使ってプラズマ圧力をMHD安定性限界を超えないように実時間制御することが可能である。

In the ITER design review, reducing the NBI energy is proposed for increasing the plasma rotation in terms of suppressing MHD instabilities. NBI capability has been assessed for various design possibilities. In D-T operation, the planned auxiliary heating power makes possible reliable operation well above the H-L transition boundary. In hydrogen operation the beam energy should be limited to 500keV due to the NBI shinethrough. However, reduction of the NBI central heating at high density necessary for the ITER mission is significant at 500keV, confirming the need for higher energy in DT operation. Although the rotation increases by 13% at 750keV relative to 1MeV at constant power, NB current drive decreases by 20%, which would be problematic for the development of steady-state scenarios. Therefore it is concluded that the beam energy should be kept 1MeV in DT operation. The beam energy variation in a pulse enables the plasma beta control for avoiding the stability boundary.