Particle control study towards burning plasma control in JT-60U

JT-60Uにおける燃焼プラズマ制御に向けた粒子制御研究

竹永 秀信; JT-60チーム

Takenaga, Hidenobu; JT-60 Team

燃料粒子密度は燃焼プラズマにおいて外部制御可能な数少ない物理量であり、燃焼プラズマの制御手法を開発するためには、粒子制御性の解明が重要である。最初に、密度分布を決定する機構及び密度分布と不純物蓄積との関係を調べた。乱流輸送の指標で規格化した衝突周波数が減少すると密度分布がピークすることが観測され、乱流輸送による内向き対流粒子束が密度分布決定に大きく影響していることを明らかにした。また、逆方向プラズマ回転時に密度分布がピークする傾向が観測されており、ほかのパラメータ依存性も存在する。ピークした密度分布では、炭素蓄積は観測されなかったが、タングステン蓄積が観測された。次に、粒子供給の閉じ込め特性への影響を新たに導入したガスジェット入射装置を用いて明らかにした。ガスジェットにより規格化半径0.8においてイオン温度が急激に減少することが観測され、ペレット入射装置同様ペデスタルより内側へ直接影響を与えている。しかしながら、閉じ込め特性はペレット入射装置と異なり密度が上昇するとともに劣化した。この閉じ込め劣化により、DT核融合反応率の温度依存性を考慮して燃焼プラズマを模擬する実験においては、粒子供給で密度を上げても模擬核融合増倍率は減少した。

Particle control is important for burning plasma control, because fuel density is one of a few controllable parameters in a burning plasma. First, mechanisms responsible for determining density profiles and dependence of impurity transport on density profiles were investigated. Peakedness of density profiles increased with decreasing collisionality, which is consistent with ITG/TEM turbulence theory. However, other hidden parameters, such as toroidal rotation, existed. Metal impurity accumulation was observed with peaked density profile, while light impurity accumulation was not. Next, effects of fuelling on confinement was investigated using newly installed supersonic molecular beam injection (SMBI). SMBI directly affected the plasma parameters at r/a 0.8 as similar as pellet injection. However, confinement degraded with constant pedestal pressure in contrast to pellet injection. Using the burning plasma simulation scheme, it was demonstrated to reduce the simulated a-heating with SMBI due to confinement degradation and flattening of pressure profile.