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n waves in tokamaksBierwage, A.; 篠原 孝司
Physics of Plasmas, 21(11), p.112116_1 - 112116_21, 2014/11
被引用回数：23 パーセンタイル：73.33(Physics, Fluids & Plasmas)The resonant interactions between shear Alfvn waves and resonant fast ions are analyzed numerically in realistic geometry and with a realistic particle distribution for a JT-60U plasma driven by two 400 keV N-NBs. In order to deal with the large magnetic drifts of the fast ions, a new orbit-based resonance analysis (ORA) method is developed and applied. The ORA method uses mappings that allows us to unify resonance conditions for trapped and passing particles, determine which harmonics are driven, and which orders of the resonance are involved. After analyzing the resonance conditions, the effects of wave-particle trapping, kinetic compression and linear resonance overlap are examined. Finally, we discuss the implications for frequency chirping, convective amplification, the long-time evolution of the system in the presence of a fast ion source, and for the interpretation of experimental observations.
相羽 信行; 徳田 伸二; 石澤 朋子*
Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1127 - 1131, 2006/12
被引用回数：1 パーセンタイル：3.54(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク核融合装置において高性能プラズマを長時間保持することを実現するうえで、外部電磁流体(MHD)不安定性の発生を抑えることは重要な課題であり、特にこの不安定性のアスペクト比に対する依存性は装置設計を行ううえで考慮すべき要因の一つである。本研究ではこれまで開発を続けてきたMHD安定性解析コードMARG2Dの特徴である「広いトロイダルモード数nの範囲にわたって解析ができる」という特長を生かすことで、nが1から10までの外部MHDモードの安定性に対するアスペクト比の依存性を調べた。その結果、外部MHDモードから決まるプラズマ圧力の限界はアスペクト比を小さくすることで高くなることを確認した。またプラズマを囲む完全導体壁の位置がプラズマ表面に近い場合、アスペクト比が小さくなるにつれて圧力限界を決める外部モードのトロイダルモード数は大きくなることを示した。さらにこの原因が、アスペクト比を小さくしたことによって異なるポロイダルモード間のトロイダル結合が強くなり、その結果nの小さいモードを強く安定化する導体壁の影響が強く表れるためであることを、MARG2Dコードで得られる固有関数を比較することによって明らかにした。
二宮 博正; 秋場 真人; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 林 伸彦; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井上 信幸; et al.
Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S428 - S432, 2006/12
現在検討が進められているJT-60のコイルを超伝導コイルに置き換える計画(トカマク国内重点化装置計画)の概要について述べる。本計画はITER及び原型炉への貢献を目指しているが、その位置づけ,目的,物理設計及び装置設計の概要,今後の計画等について示す。物理設計については、特に高い規格化ベータ値を実現するためのアスペクト比,形状因子及び臨界条件クラスのプラズマや完全非誘導電流駆動のパラメータ領域等について、装置については物理設計と整合した設計の概要について示す。
神谷 健作; 浦野 創; 小出 芳彦; 滝塚 知典; 大山 直幸; 鎌田 裕; JT-60チーム
Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A131 - A139, 2006/05
被引用回数：22 パーセンタイル：58.7(Physics, Fluids & Plasmas)Type-I ELMsの特性に対するプラズマ回転と高速イオンのリップルロスの影響に関して、JT-60Uにおける接線及び垂直NBIの組合せとプラズマ体積を系統的に変化させることで調べた。反電流方向NBIにてELMによるエネルギー損失割合が小さくなり、周波数は早くなることが確認された。さらに、ELMのパワーはプラズマ体積の増加とともに小さくなることが見いだされ、このことはELM間の輸送が高速イオンの損失の増大に伴い、増加することを示唆する。
高橋 弘行*; 工藤 祐介; 土屋 勝彦; 木津 要; 安藤 俊就*; 松川 誠; 玉井 広史; 三浦 幸俊
Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1005 - 1011, 2006/02
被引用回数：2 パーセンタイル：17.14(Nuclear Science & Technology)JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)のセンターソレノイドのケーブルインコンジット(CICC)は、矩形断面のSUS製のコンジットの中心に円形に超伝導線材を配置した構造であり、全長約2.2kmのコンジットを約10mごとに溶接して製作される。この溶接部の健全性を評価するためには、想定される最大溶接欠陥の応力拡大係数を求める必要がある。この応力拡大係数は、平板表面に半楕円亀裂を想定し、Newman-Rajuの式により計算することはできるが、実形状のCICCとの相違が評価に与える影響が明らかではなかった。そこで、この形状ファクタを求めるために、三次元有限要素法を用い実形状のCICCの想定欠陥について応力拡大係数を計算した。この結果、矩形断面のCICCの最大想定欠陥の最大応力拡大係数について三次元有限要素法で求めた値は、Newman-Rajuで求めた値よりも3%大きいだけであることがわかった。このことから、Newman-Rajuの式はこのような矩形断面のCICCに関する破壊靭性の評価に用いることが適用可能であることが判明した。本論文ではこの結果も含め欠陥形状,溶接開先のシニング形状をパラメータに多数有限要素法解析の値とNewman-Rajuの値と比較した結果についての詳細を述べる。
analyses with ferromagnetic and plasma rotation effects and wall geometry for a high steady state tokamak栗田 源一; Bialek, J.*; 津田 孝; 安積 正史*; 石田 真一; Navratil, G. A.*; 櫻井 真治; 玉井 広史; 松川 誠; 小関 隆久; et al.
Nuclear Fusion, 46(2), p.383 - 390, 2006/02
被引用回数：9 パーセンタイル：31.17(Physics, Fluids & Plasmas)限界ベータの値は、アスペクト比が3のトカマクでは、
/
2, とは、各々強磁性体壁と真空の透磁率を表す、の強磁性の効果によって約8%減少することが示された。高アスペクト比のトカマクでは、観測されなかったトロイダル・プラズマ回転とプラズマ散逸の効果によってできる抵抗性壁モードに対する安定窓がアスペクト比が3のトカマクでは存在することが示された。安定窓に対する強磁性の効果もまた調べられた。VALENコードによる有限抵抗の安定化板と真空容器の形状を含めたNCT(国内重点化装置)プラズマの限界ベータ解析が始められ、安定化板の受動的安定化効果に対する結果が得られた。NCTプラズマの現状の設計案に対する真空容器及び能動的フィードバック制御の安定化効果を含んだ計算もまた行われた。
中平 昌隆; 武田 信和
保全学, 4(4), p.47 - 52, 2006/01
ITER(国際熱核融合実験炉)の構造技術基準は、ITERが核分裂炉と比較して全く異なる安全上の特徴と構造機器を有し、製作及び検査の観点から新しい技術を導入する必要があるため、革新的なものが必要である。この核融合構造技術基準は国際性が重要であることを勘案し、日本とASMEとで共同開発を開始した。本論文は、ITERの特徴を安全性,設計及び製作の観点から抽出し、核融合構造技術基準を開発する考え方を提案するものである。
井手 俊介; JT-60チーム
Plasma Science and Technology, 8(1), p.1 - 4, 2006/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Fluids & Plasmas)ITER先進運転や定常核融合炉の開発に向けた、JT-60における高性能プラズマ開発とその長時間化について以下に示す結果について報告を行う。正磁気シアプラズマにおける、新古典テアリングモードを伴わない高規格化圧力(3)の6.2秒間維持。自発電流割合45%の弱磁気シアプラズマを、ほぼ完全電流駆動状態で5.8秒間維持。高自発電流割合75%の負磁気シアプラズマを、ほぼ完全電流駆動状態で7.4秒間維持。長時間放電における、高規格化圧力(=2.3)の22.3秒間維持。また同時に、これらの成果の先進トカマク開発における意義付けや課題について議論を行う。
井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明
Nuclear Fusion, 45(12), p.1571 - 1581, 2005/12
被引用回数：39 パーセンタイル：74.86(Physics, Fluids & Plasmas)ジャイロ運動論的グローバルトロイダルコードを用いて正磁気シア及び反転磁気シアトカマクにおけるトロイダル電子温度勾配駆動(ETG)乱流を調べた。非線形乱流状態において正磁気シア及び反転磁気シア配位におけるETG乱流は全く異なる構造形成を示す。正磁気シア配位においては、ETG乱流はバルーニング構造を示すストリーマにより支配され、電子温度
分布は乱流の時間スケールで急速に緩和し臨界安定状態に至る。反転磁気シア配位においては、正磁気シア領域がストリーマで特徴付けられるのに対し、負磁気シア領域では準定常な帯状流が生成される。この結果、電子熱拡散係数
は
面をまたがってギャップ構造を形成し、温度勾配は臨界安定より上の状態で準定常に長時間維持される。これらの結果は、正磁気シアトカマクにおける分布の硬さ、及び、反転磁気シア配位における輸送障壁形成の可能性を示唆している。
plasma operation玉井 広史; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; 細金 延幸; 市村 真*; et al.
Nuclear Fusion, 45(12), p.1676 - 1683, 2005/12
被引用回数：15 パーセンタイル：45.44(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク国内重点化装置の設計研究をまとめた。装置の設計は、プラズマのアスペクト比と形状制御性に関して自由度を広く確保できることが求められている。これは、ITERと平行して研究を進めるとともに、定常高ベータプラズマ運転についての科学的なデータベースをDEMOへ提供する観点から重要である。この目標に合致するように、プラズマのアスペクト比と形状の自由度の確保について、これまで比較的困難であったダイバータ排気性能との両立が図られるように装置設計を行った。この装置設計に基づいて、閉じ込め,安定性,電流駆動,ダイバータプラズマ等の物理性能を評価し、主目的である定常高ベータプラズマを実現するための制御方法を検討した。
松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明*
Nuclear Fusion, 45(11), p.1264 - 1270, 2005/11
被引用回数：14 パーセンタイル：43.56(Physics, Fluids & Plasmas)核融合プラズマの中心部のような高温になると電気抵抗が小さくなるとともに、電子慣性等の非衝突効果(運動論的効果)が磁気再結合過程に深くかかわる。本研究では、これらプラズマの粒子性を物理的に忠実に取り扱う観点から、ジャイロ運動論的粒子モデルを用いた3次元シミュレーションにより、反転磁気シア配位トカマクにおける磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。反転磁気シア配位において二つの共鳴面の距離が近いと、互いの共鳴面における摂動が結合し、ダブルテアリングモード(DTM)と呼ばれる内部モードが生じる。高温プラズマにおいて電子慣性により誘起される運動論的DTMは、抵抗性モデルにより予期されるものより、速い内部崩壊を引き起こし得ることが明らかとなった。さらに、内部崩壊により掃き出された電流は、DTMが作り出した静電ポテンシャルに導かれて凹型に再集中し得ることが明らかになった。本研究は、低ベータ負磁気シア実験におけるディスラプション機構の一端を示しており、またDTMを経た電流分布の再分配により負磁気シア配位を再構築し得ることを示唆している。
井手 俊介; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 45(10), p.S48 - S62, 2005/10
被引用回数：53 パーセンタイル：83.22(Physics, Fluids & Plasmas)本論文はJT-60Uにおける、前回のIAEA会議以降の実験研究成果について、特に先進トカマク開発に着目しつつレビューするものである。主な成果:規格化圧力
=2.3の22.3秒間/=3の6.2秒間維持(どちらも電流拡散時間以上)、定常炉で望まれているような高い自発電流割合(0.75)を電流拡散時間以上の7.4秒間維持、に維持することに成功した。長時間高リサイクリングELMy H-modeプラズマ放電を得、壁飽和に関する新たな知見を得た。ECCDの早期入射が新古典テアリングモード抑制に効率的であることを示し、高(3)でのモード抑制を実証した。その他、MHD,高エネルギー粒子閉込め,電流ホール,Hモード等に関する研究が進展した。
池田 佳隆; 及川 聡洋; 井手 俊介
プラズマ・核融合学会誌, 81(10), p.773 - 778, 2005/10
トカマク定常核融合炉では、循環エネルギーが低い非誘導運転を行うために、高効率な電流駆動方式と高い自発電流の割合が必要である。NBIは電流駆動と加熱に対し強力かつ有効な手段である。JT-60Uでは350keV以上のエネルギー粒子を入射する負イオンNBIを有し、ITER級の領域でNBIの電流駆動と加熱を研究している。本解説は、ITERやトカマク核融合炉の連続運転に向けた最近の負イオンNBI実験と装置の進展について述べたものである。
及川 聡洋; 鈴木 隆博; 諫山 明彦; 林 伸彦; 藤田 隆明; 内藤 磨; 津田 孝; 栗田 源一; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 45(9), p.1101 - 1108, 2005/09
被引用回数：4 パーセンタイル：14.23(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uトカマクにおいて、新古典テアリング不安定性発生中の磁気島形成に伴う電流密度の小半径方向分布の時間発展を世界で初めて観測した。磁気島構造の成長に伴い、電流密度分布は磁気島位置において平坦化し凹型の構造が現れた。そして磁気島の縮小に伴い、この平坦部は狭まり、磁気島消滅後には平坦化構造も消滅した。一方、MHD不安定性の無いプラズマではそのような電流密度分布の変形は見られなかった。テアリングモード放電で現れた電流密度分布の発展は、磁気島部での自発電流の減少を仮定した非定常輸送シミュレーションによって再現できた。また、実験結果と定常解の比較からも、電流密度分布と安全係数分布の時間発展を説明できる。これら実験結果とシミュレーション結果から、磁気島O点での自発電流の減少を結論づけた。
森山 伸一; 篠崎 信一
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(8), p.6224 - 6229, 2005/08
被引用回数：1 パーセンタイル：4.7(Physics, Applied)実時間波形整形の手法を用い、分散処理の概念に基づいて、JT-60U高周波加熱装置の制御設備の改造を行った。改造後のシステムが、従来の集中処理システムに比べて高い性能と信頼性を発揮しているのは当然であるが、実時間波形整形機能により装置運転の役割分担を見直し、高効率で円滑な運転を実現したことは注目すべきことである。実験装置の性格上、実験運転と装置調整は平行して進められ、調整の完了は事実上ありえない。特にプラズマ対向機器でありかつ高い高周波電界の発生するアンテナのコンディショニングには、磁場やプラズマの存在する条件で、きめ細かく入射パラメータを設定することが不可欠である。改造後の典型的な役割分担では、JT-60U全体の実験パラメータを把握する実験オペレータが矩形の入射パワー波形をプログラムし、一方で高周波加熱装置、特にアンテナのその時点での状態を熟知したRFオペレータが、パワー上昇率限界など機器に固有のパラメータを入力する。これらの情報を実時間で合成した入射命令を機器側に送出するようにした。この改造では制御機器間の信号伝達を可能な限り単純化し、汎用機器を多用した。本改造で構築した単純で柔軟性のある分散処理システムは、核融合研究用高周波加熱装置の制御系のあり方を提案するものである。
林 伸彦; 滝塚 知典; 小関 隆久
Nuclear Fusion, 45(8), p.933 - 941, 2005/08
被引用回数：13 パーセンタイル：41.32(Physics, Fluids & Plasmas)電流ホール配位トカマクプラズマの分布形成と維持を、電流ホール内に三磁気島平衡に基づく電流制限モデルを適用した1.5次元輸送コードを用いて調べた。負磁気シア領域で急に減衰する異常輸送モデルが、JT-60Uで観測された分布の時間発展を再現でき、負磁気シア領域で輸送は新古典レベルになり、その結果、大きなブートストラップ電流を介して内部輸送障壁と電流ホールのある分布が自律的に形成されることがわかった。新古典レベルの輸送で決まる内部輸送障壁幅は、JT-60U実験と一致し、内部輸送障壁内に閉じ込められるエネルギーは、JT-60U閉じ込め則と一致する。この閉じ込め則は、内部輸送障壁内のプラズマがMHD平衡限界に支配され、閉じ込めエネルギーが自律的に制限されることを意味する。大きな電流ホールを持つプラズマは、ブートストラップ電流による完全電流駆動により維持される。一方、小さな電流ホールでブートストラップ電流割合が小さいプラズマは、誘導電流の染込みにより収縮してしまう。適切な外部電流駆動により、この収縮を妨げ、さらに電流ホールの大きさを制御することができる。電流ホールプラズマが、外部電流駆動に対して自律的に反応することを明らかにした。核融合炉への電流ホールプラズマの適用性を議論した。
岸本 浩; 石田 真一; 菊池 満; 二宮 博正
Nuclear Fusion, 45(8), p.986 - 1023, 2005/08
被引用回数：40 パーセンタイル：28.81(Physics, Fluids & Plasmas)大型トカマク装置JT-60は、高い閉じ込め及び高い温度と密度を持つ高性能プラズマを、可能な限り小さな外部入力による非誘導電流駆動で長時間維持することに焦点を合わせて研究を進めてきた。高ポロイダルベータ放電による自発電流割合80%以上の最初の実証、及びこの結果に基づく定常トカマク炉SSTRの概念構築を契機に、いわゆる先進トカマク研究が開始された。JT-60における内部輸送障壁の最初の観測が内部輸送障壁を持つ負磁気シア放電研究の引き金となった。負磁気シア放電により、世界最高のDT等価エネルギー利得1.25が達成された。また、高ポロイダルベータ放電において世界最高のイオン温度45keVと世界最高の核融合積が達成された。先進トカマク研究は現在のトカマク研究開発の主流である。さらにコンパクトITERの概念がJT-60の研究に基づき検討され提案された。
梶原 健*; 池田 佳隆; 関 正美; 森山 伸一; 及川 聡洋; 藤井 常幸; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 45(7), p.694 - 705, 2005/07
被引用回数：60 パーセンタイル：85.7(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおいて電子サイクロトロン加熱(ECH)を用いた予備電離によるプラズマ電流立ち上げ実験を行った。プラズマ着火時に最大値をとる周回電圧を200kWのECHにより30Vから4Vまで引き下げることに成功した。この時の電場は0.26V/mであり、ITERで必要とされる0.3V/m以下の条件を満たしている。また、予備電離によるプラズマ立ち上げ特性を調べるために、初期封入ガス圧,共鳴位置,偏波角度,入射位置を変えてその依存性を取得した。これまで小,中型トカマクでの実験からECH予備電離でのプラズマ立ち上げ特性は入射位置及び偏波角度に依存しないと言われていたが、大型トカマクにおいては依存性があることを明らかにした。さらに、2倍,3倍の高調波による予備電離の実験では、2倍高調波では800kWのECHによりプラズマ電流は立ち上がり、3倍の高調波では1.6MWのECHに7MWの中性粒子加熱を加えても立ち上がらないことが判明した。
Bakhtiari, M.; Kramer, G. J.*; 武智 学; 玉井 広史; 三浦 幸俊; 草間 義紀; 鎌田 裕
Physical Review Letters, 94(21), p.215003_1 - 215003_4, 2005/06
被引用回数：45 パーセンタイル：82.74(Physics, Multidisciplinary)トカマクにおいて発生する逃走電子の制動輻射は逃走電子の最大エネルギーを制限することがわかった。逃走電子の取りうる最小、及び最大のエネルギーはそれぞれ衝突と制動輻射によって決められている。さらに、キセノンのような高Zガスを入射することによって、ディスラプションによって励起された逃走電子電流を逃走電子が第一壁に到達する前に停止しうることがわかった。
及川 聡洋; 諫山 明彦; 藤田 隆明; 鈴木 隆博; 津田 孝; 栗田 源一
Physical Review Letters, 94(12), p.125003_1 - 125003_4, 2005/04
被引用回数：10 パーセンタイル：53.4(Physics, Multidisciplinary)JT-60Uトカマクにおいてテアリング不安定性発生中の磁気島形成に伴う電流密度の小半径方向分布の時間発展を世界で初めて観測した。磁気島構造の成長に伴い、電流密度分布は磁気島位置において平坦化し凹型の構造が現れた。そして磁気島の縮小に伴い、この平坦部は狭まり、磁気島消滅後には平坦化構造も消滅した。さらに、磁気島の回転に同期して局所ポロイダル磁場が変動することを観測した。この観測結果は電流密度分布の平坦化が磁気島構造のO点に局在していることを意味する。以上の結果は、テアリング不安定性理論が予測する電流密度分布の発展を初めて実験的に証明したものである。
