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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。
石川 正男; 武智 学; 篠原 孝司; 草間 義紀; Cheng, C. Z.*; 松永 剛; 藤堂 泰*; Gorelenkov, N. N.*; Kramer, G. J.*; Nazikian, R. M.*; et al.
Nuclear Fusion, 45(12), p.1474 - 1480, 2005/12
被引用回数：38 パーセンタイル：74.86(Physics, Fluids & Plasmas)アルフベン固有モード(AE)による高エネルギーイオンの輸送を調べるために、中性子発生分布及びダイヤモンド検出器を用いた中性粒子束の測定をJT-60Uにおいて初めて行った。弱磁気シアプラズマにおいて、Abraut Large-amplitude Event(ALE)と呼ばれるバーストモードが発生した時、100-370keVの特定のエネルギー範囲の高エネルギーイオンが輸送されることが、中性粒子計測から初めて得られた。また、中性子発生分布はALEにより再分配することがわかった。これらの計測から、ALEは特定のエネルギー範囲を持つ高エネルギーイオンをプラズマ中心部から周辺部へ再分配することが詳細に示された。一方、負磁気シアプラズマではRversed-Shear-induced AE(RSAE)と呼ばれるAE、及びRSAEからTAEへの遷移を確認しており、中性子発生分布計測は、モードによる輸送はRSAEからTAEへの遷移中が最も大きいことを示唆している。
n eigenmodesKonovalov, S. V.; Mikhailovskii, A. B.*; Shirokov, M. S.*; Kovalishen, E. A.*; 小関 隆久
Physics of Plasmas, 11(9), p.4531 - 4534, 2004/09
被引用回数：19 パーセンタイル：53.19(Physics, Fluids & Plasmas)負磁気シアプラズマにおけるアルフェン固有モードを有限ラーマー半径効果を考慮して理論的に検討した。正磁気シアプラズマの運動論的アルフェン固有モードと類似して、負磁気シアプラズマにおいても、運動論的固有モードのブランチがあることが予測できた。ここでは、これをKinetic Reversed-Shear Alfven Eigenmodes(KRSAEs)と呼ぶ。
Konovalov, S. V.; Mikhailovskii, A.*; Kovalishen, E.*; 小関 隆久; 滝塚 知典; Shirokov, M. S.*
Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/00
反転磁気シアを持つトカマクにおけるアルヴェン固有モードのモード構造ついて、理論的に知られている全体的モード,運動論モード及びトロイダルアルヴェンモードの効果を取り入れて、理論的に調べる。特に熱化イオンの密度勾配がモード形成に及ぼす効果を調べる。固有モード方程式が局所解を持つための高速イオン密度と密度勾配の条件は、この効果により緩和される。有限ラーマ半径効果,連続減衰効果、及び高速イオンの密度勾配効果についても調べる。
n eigenmodesKramer, G. J.; Cheng, C. Z.*; 草間 義紀; Nazikian, R. M.*; 竹治 智; 飛田 健治
Nuclear Fusion, 41(9), p.1135 - 1151, 2001/09
被引用回数：37 パーセンタイル：72.51(Physics, Fluids & Plasmas)本論文は、JT-60Uにおいてイオンサイクロトロン波(ICRF)加熱中に励起されるトロイダル形状及び楕円形状によって誘起されるアルフベン固有モード(TAE,EAE)の解析を行い、各アルフベン固有モードの周波数やトロイダルモード数が励起される位置での安全係数(q)の関数であることを応用して、鋸歯状波振動発生前後のTAEやEAEの挙動から、鋸歯状波振動による磁気軸でのq値(q0)の変化を明らかにした。q=1面で起こるEAEは、鋸歯状波振動発生後に時間遅れ(高々150ms)をもって現れ、その時間遅れは、鋸歯状波振動直前の電子温度と相関をもつことがわかった。EAEの時間発展は、NOVA-Kコードを用いてモデル化を行い、実験とのよい一致を見た。その結果、鋸歯状波振動直後にはq0
1となりプラズマ中にq=1面がなくなるとの結論を得た。
飛田 健次; 福山 淳*
プラズマ・核融合学会誌, 76(2), p.138 - 144, 2000/02
高エネルギー粒子に関するITER物理R&Dの成果をまとめた。負磁気シアによる先進定常運転では
粒子のリップル損失が危惧されるが、真空容器へのフェライト鋼挿入により壁の熱設計レベル(~1MW/m
)に低減することができる。予想される粒子
値では多数のアルフヴェン固有モード(AEモード)が不安定化する可能性がある。AEモードが不安定化したときの粒子損失は今後の検討課題である。また、ITERでは、粒子による鋸歯状振動の安定化、フィッシュボーン振動の不安定化も起こると予想される。
n eigenmodes and their coupling to global Alfvn eigenmodesKramer, G. J.; Cheng, C. Z.*; Fu, G. Y.*; 草間 義紀; Nazikian, R. M.*; 小関 隆久; 飛田 健次
Physical Review Letters, 83(15), p.2961 - 2964, 1999/10
被引用回数：24 パーセンタイル：75.05(Physics, Multidisciplinary)短時間に急速な周波数低下を示す中心局在トロイダル・アルフヴェン固有モード(C-TAE)を観測した。低磁気シアプラズマでは、中心の安全係数が下がるとC-TAEの存在位置が低磁場側へ速く移動するため、このような周波数変化が起こることを示した。この場合、周辺部には大域的TAE(G-TAE)が存在可能であるが、減衰項が十分大きいため実際には存在できない。しかし、C-TAEの周波数が低下してG-TAE周波数と重なるとき、実際には存在しないG-TAEはC-TAEと結合し、一時的にC-TAEを安定化することが明らかになった。この結果、C-TAEの周波数は連続的に低下するのでなく、G-TAE周波数と一致するとき一時モードが消失し、その周波数を通過した直後に再出現するという「周波数の跳び」現象を示す。
石田 真一; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 39(9Y), p.1211 - 1226, 1999/09
被引用回数：40 パーセンタイル：75.08(Physics, Fluids & Plasmas)W型ダイバータへの改造後のJT-60Uにおける高性能化実験に関するレビュー論文である。プラズマ性能は、負磁気シアと高
プラズマ領域にて大きく改善された。負磁気シアでは、等価核融合増倍率Q
が世界最高値1.25を記録した。定常化に向けてLHとNBを組合せ、負磁気シア配位を保ったまま、内部輸送障壁を6秒間維持した。輸送解析は、内部輸送障壁の近傍で熱・粒子拡散係数が顕著に低下し、強い径電場シアが形成されていることを示した。W型ダイバータの効果として、中性粒子逆流や化学スパッタリング効果の低減を予測通り観測した。N-NBI実験では、駆動電流分布を実験的に評価し、高エネルギービーム入射による電流駆動の理論的予測を実証した。N-NBIはTAEモードを励起したが、高速イオンの損失は顕著ではなかった。定常高性能化を進めた高Hモード実験では、高三角度配位にてQ~0.16を4.5秒間維持することに成功した。
草間 義紀; JT-60チーム
Physics of Plasmas, 6(5), p.1935 - 1942, 1999/05
被引用回数：17 パーセンタイル：50.4(Physics, Fluids & Plasmas)W型ダイバータ付きJT-60Uにおいて行った高性能プラズマ実験及び定常化実験の最近の成果を報告する。主な成果は以下のとおり。(1)負磁気シアモードにおいて世界最大の等価Q
=1.25を達成した。(2)高ポロイダルHモードにおいて、等価Q=0.16,Hファクター2.2を4.5秒間維持することに成功した。(3)低域混成波(LH)と中性粒子ビームにより輸送障壁付き負磁気シアモードを6秒間維持できた。(4)負イオン源中性粒子ビーム(NNB)入射による駆動電流が600kAに達した。(5)NNB入射によりHモードを生成・維持し電子加熱が有効に行われていることを実証した。(6)低シアプラズマにNNBを入射した場合に約0.1%と低い高速イオンにおいてもトロイダルアルヴェン固有モード(TAE)が発生し得ることを明らかにした。(7)負磁気シアの内部輸送障壁の物理的解明など、物理研究が大きく進展した。
草間 義紀; 木村 晴行
プラズマ・核融合学会誌, 75(5), p.525 - 536, 1999/05
核融合炉心プラズマにおいて、高速粒子の閉じ込めを劣化させる原因の一つに、高速粒子が起こす集団現象がある。トロイダルアルヴェン固有モード(TAE)が高速粒子によって励起され、それによる高速粒子の異常拡散が起こることが理論的に予測された。1990年にTFTRで行われた実験において、理論的予測どおりにTAEが発生し、それに伴う中性子発生率の低下が観測された。これを契機に、JT-60を含む多くのトカマク装置における実験と理論的研究が精力的に行われた結果、ここ10年間でアルヴェン固有モードの理解が大きく進展した。本編では、トカマクプラズマにおけるアルヴェン固有モードの実験と研究課題について、モードの励起と同定、しきい値と安定性、モード構造及び閉じ込めへの影響を中心に述べている。
高エネルギー粒子加熱及び電流駆動専門家G
Nuclear Fusion, 39(12), p.2471 - 2494, 1999/00
ITER物理専門家グループ活動の成果の集大成となる「ITER Physics Basis」のうち、ITERにおける高エネルギー粒子の物理をまとめた。ITERの設計においては、高エネルギー粒子の損失量の評価が重要である。定常的な損失となるリップル損失は低電流負磁気シア放電で問題となるが、フェライト鋼装着によるトロイダル磁場の均一化を行えば許容値以下まで低減できる。粒子の集団現象によって不安定化されるTAEモード等は、リップル損失より多くの粒子を一時的に損失させる可能性がある。これらの粒子損失に対処するため、第一壁は粒子負荷に対して裕度のある設計をする必要がある。同時に、TAEモード等の抑制の研究、及びリップル損失低減化の研究が今後期待される。
木村 晴行; 草間 義紀; 三枝 幹雄*; Kramer, G. J.*; 飛田 健次; 根本 正博; 近藤 貴; 西谷 健夫; O.DaCosta*; 小関 隆久; et al.
Nuclear Fusion, 38(9), p.1303 - 1314, 1998/09
被引用回数：126 パーセンタイル：95.15(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおけるアルヴェン固有モード、高速イオンの閉じ込め、高速イオンの計測に関する最近の研究成果を発表する。負磁気シア放電では、輸送障壁に強い密度勾配が伴う場合はTAEモードは安定である。密度勾配がゆるいと、多数のTAEモードが安全係数のピッチ極小点付近に現れ、かつ大きな周波数変化(
f~90kHz)が見られる。低q正磁気シア放電ではTAEモードの位置が電流分布の時間発展に伴い、q=1面の外側から内側へと変化する。q=1面の内側に多数の高nモードが存在するときのみMeVイオンの個数が顕著に減少する。負磁気シア放電では、トリトンの燃焼率がかなり劣化する。軌道追跡モンテカルロ計算によれば、トリトンの損失増大の原因はリップル損失である。負磁気シア放電のICRF加熱時の高速イオンの蓄積エネルギーは正磁気シア放電に匹敵する。その他、MeV中性子分析器、
線計測等の開発成果を述べる。
草間 義紀; 木村 晴行; 小関 隆久; 三枝 幹雄*; Kramer, G. J.*; 及川 聡洋; 森山 伸一; 根本 正博; 藤田 隆明; 飛田 健次; et al.
Nuclear Fusion, 38(8), p.1215 - 1223, 1998/08
被引用回数：41 パーセンタイル：76.58(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60UのICRF加熱された負磁気シアプラズマにおいて、引き続いて起こる部分崩壊による密度分布の平坦化の後、トロイダルアルヴェン固有モード(TAE)が初めて観測された。周波数は90-120kHzで、トロイダルモード数は5~8であった。TAEモードの安定性をPPPLのNOVA-Kコードを用いて解析したところ、安定性は安全係数が最小値となる場所のすぐ内側のTAEギャップ構造に強く依存し、実験結果は理論予測と概ね一致することがわかった。中心部で弱い磁気シアを持つ放電において、周波数が急速に変化するモードがICRF加熱中に観測された。約150msの間に、周波数は30kHzか3110kHzに上昇した。この大きな周波数の変化を説明するには、現在の理論は不十分である。
Kramer, G. J.*; 三枝 幹雄; 小関 隆久; 草間 義紀; 木村 晴行; 及川 聡洋; G.Y.Fu*; C.Z.Cheng*; 飛田 健次
Physical Review Letters, 80(12), p.2594 - 2597, 1998/03
被引用回数：45 パーセンタイル：83.72(Physics, Multidisciplinary)三角度が励起する三角度励起アルフベン固有(NAE)モードを、イオンサイクロトロン波帯高周波と中性粒子入射を用いた複合加熱実験時に、JT-60Uにて世界で初めて観測した。その際、楕円度励起アルフベン固有(EAE)モード、トロイダルアルフベン固有(TAE)モードも、同時に観測した。また、NAEモードの励起に必要な高速イオンのベータ値の閾値は、TAEモード励起と同程度になるプラズマパラメータが存在することが判明した。計算コード(NOVA-K)による解析によれば、観測されたNAEモードは、規格化小半径r/aで0.8以上の周辺部に励起されたと推定できた。また、測定データから求めたアルフベン共鳴連続スペクトルの構造から、容易に励起可能と考えられたEAEモードは、内部インダクタンスが低い場合のみしか観測できなかった。
三枝 幹雄; 木村 晴行; 草間 義紀; Kramer, G. J.*; 小関 隆久; 森山 伸一; 及川 聡洋; 閨谷 譲; 近藤 貴
Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(9), p.1647 - 1659, 1998/00
被引用回数：35 パーセンタイル：71.98(Physics, Fluids & Plasmas)国際熱核融合実験炉(ITER)と同様な低qプラズマ配位におけるトロイダルアルフベン固有モード(TAEモード)の研究を行った。本研究では、JT-60UでのICRF加熱実験にてTAEモードの励起に必要な高速イオン(軽水素イオン)を発生させ、高周波電力、線平均電子密度、内部インダクタンスを変化させることにより、様々なTAEモードを観測し、TAEモードの発生機構を系統的に解明することができた。実験で観測された4種類のモードは、低内部インダクタンスで大電力高周波加熱時に発生する低シアモード、q=1面外に発生する通常のTAEモード、q=1面内に発生する竜巻上の周波数スペクトルを有するモード(トルネードモード)、高周波密度時にのみq=1面内に発生するトロイダル両方向に伝播するTAEモード(世界で初めて観測)であり、トルネードモードに関しては、プラズマの内部エネルギー、中心付近の電子温度の減少、特に3MeVの軽水素イオン数の著しい減少が観測された。これによりITERのような低q配位では、トルネードモードにより著しい高速イオンの閉じこめ劣化が発生する可能性があることが分かった。
Kramer, G. J.*; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 鎌田 裕; 草間 義紀; 飛田 健次; 小関 隆久; C.Z.Cheng*; Nazikian, R.*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(6), p.863 - 869, 1998/00
被引用回数：14 パーセンタイル：47.17(Physics, Fluids & Plasmas)ICRF加熱プラズマにおいて出現したトロイダル・アルフヴェン固有モードを利用して、q=1面より内側のq分布を決定した。この手法により決定したq分布は、モーショナル・シュタルク効果から求めたq分布とよく一致した。このq分布決定法は、アルフヴェン固有モードの出現領域でのqの概略値が既知の場合に有効である。特に、ICRF加熱によって巨大鋸歯状振動が現れている時には、鋸歯状振動のクラッシュ直前のq=1面の位置(本手法で求めたもの)を振動の反転半径と合わせることにより、信頼性が向上する。本手法は、将来の核融合炉へも適用可能である。
小関 隆久; 安積 正史; 石井 康友; 岸本 泰明; G.Y.Fu*; 藤田 隆明; G.Rewoldt*; 菊池 満; 鎌田 裕; 井手 俊介; et al.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 39(5A), p.A371 - A380, 1997/05
ブートストラップ電流の有効利用は、トカマク核融合炉の定常化・高効率化への重要課題である。近年、高ブートストラップ電流による中空状電流分布(プラズマ中心付近で負磁気シア)を用いた高効率プラズマが提案され、世界の多くの装置で実験が行われている。ここでは、負磁気シアを持ったプラズマの、エネルギ閉じ込め、TAEモードを含めたMHD安定性について、JT60の実験結果をもとに物理課題を議論している。負磁気シア領域で形成される内部輸送障壁の機構解明、ベータ限界をもたらすMHD不安定性、中空状電流分布でのTAEモードの安定化機構について述べている。また、定常プラズマを形成する上での問題点、定常プラズマを維持する上での問題点について議論している。
木村 晴行; 森山 伸一; 三枝 幹雄; 草間 義紀; 小関 隆久; Kramer, G. J.*; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 藤井 常幸; 根本 正博; et al.
Fusion Energy 1996, Vol.3, p.295 - 305, 1997/00
第2高調波少数イオンICRF加熱が負磁気シア配位プラズマに初めて適用され、輸送障壁の内部でプラズマを効率的に加熱できた。ICRF加熱による高エネルギーイオンの蓄積エネルギーは正磁気シア配位におけるものに匹敵する。TAEモードは負磁気シア配位において強い輸送障壁がある場合には安定であった。これはアルヴェン連続スペクトルのギャップが不整列となることで説明される。輸送障壁が弱まると比較的高いトロイダルモード数(5-8)のTAEモードが観測された。TAEモードの制御のためにトロイダル方向のプラズマ回転速度のシアの制御が有効であることが確認された。
西谷 健夫; 磯部 光孝*; G.A.Wurden*; R.E.Chrien*; 飛田 健次; 草間 義紀; 原野 英樹*
Fusion Engineering and Design, 34-35, p.563 - 566, 1997/00
被引用回数：19 パーセンタイル：79.94(Nuclear Science & Technology)ロスアラモス研との協同研究により、シンチレーションファイバーを利用した14MeV中性子検出器を開発し、JT-60Uの重水素プラズマ中で発生したトリトンの燃料で二次的に放出される14MeV中性子の測定を行った。NBI実験時の14MeV中性子強度の時間変化を、古典的減速理論に基づいて解析することにより、高速トリトンの拡散係数を0.05~0.15m/sと評価した。またその値は、トロイダルリップル率に伴って増加することを示した。またICRF加熱時に発生するTAE不安定性では、周辺部の高速トリトンが損失することが観測された。
三枝 幹雄; 草間 義紀; 小関 隆久; 木村 晴行; 藤田 隆明; 森山 伸一; 藤井 常幸; 安積 正史; Afanassiev, V. I.*; 閨谷 譲; et al.
Nuclear Fusion, 37(11), p.1559 - 1568, 1997/00
被引用回数：15 パーセンタイル：48(Physics, Fluids & Plasmas)核融合炉において、高速の粒子によって励起され、特に高速イオンの閉じ込めを劣化させることが予想されているトロイダルアルフベン固有(TAE)モードを、プラズマのトロイダル回転シアを用いて安定化できることを、JT-60Uにて実験的に確認した。また、詳細なデータ解析により、安定化のメカニズムは、トロイダル回転シアによるTAEモードの構造の変化に伴う減衰項、励起項の変化であることを確認した。
