Plasma rotation research for advanced tokamak plasma control in JT-60U

JT-60Uにおける先進トカマクプラズマの制御に向けたプラズマ回転に関する研究

鎌田 裕; JT-60チーム

Kamada, Yutaka; JT-60 Team

JT-60Uにおける順/逆/垂直方向の中性粒子ビーム入射,トロイダル磁場リップル低減のためのフェライト鋼導入,摂動手法による運動量輸送解析を活用したプラズマ回転に関する研究成果を報告する。順/逆/垂直方向の中性粒子ビーム入射を用いて、抵抗性壁モードの安定化に必要な回転速度がアルフベン速度の0.3%程度であることを明らかにした。逆方向回転時に、Type IとGrassy ELMの周波数が増加すること、ELMで放出されるエネルギーが小さくなることを示した。順方向回転時には、ペデスタル高さ及び勾配が増加し、それにより閉じ込め性能も向上した。フェライト鋼導入により、トロイダル磁場リップルによる高速イオンの損失が逆方向回転を誘起していることを示した。摂動手法による運動量輸送解析により、運動量の拡散係数と対流速度を分離して評価した。運動量の拡散係数は、イオン系熱拡散係数と同程度であり、プラズマ電流の増加に従って減少し、加熱パワーとともに増加した。対流速度は、拡散係数とともに増加する傾向にあった。これらの評価をもとに、圧力勾配により自発回転が駆動されていることを定量的に明らかにした。内部輸送障壁が運動量入射により制御できることを示し、同手法を用いて高自発電流プラズマの長時間維持に成功した。

JT-60U has promoted an integrated research project focusing on "rotation" utilizing co/counter (ctr)/perpendicular NBs, ferritic insert for reducing toroidal field ripple, innovative momentum transport analyses. Critical rotation for resistive wall mode stability was estimated to be 0.3% of Alfvn velocity. Type I and Grassy ELM frequencies increased and W/W decreased with ctr-rotation. Pedestal height and gradient increased with co-rotation and H-mode confinement is better for co-rotation due mainly to pedestal improvement. Ferritic insert indicated that ripple loss of fast ions enhances edge ctr-rotation. Momentum diffusivity () and convection velocity (V) have been separately evaluated using perturbative technique. The value of decreased with increasing plasma current, increased with heating power. The value of was similar to the value of (). The absolute value of V increased with increasing over a wide range in radii. Pressure gradient caused the local value of ctr-directed intrinsic rotation. ITB strength can be controlled by momentum input and high bootstrap reversed shear plasmas successfully sustained by controlling momentum input.