Response of toroidal rotation velocity to electron cyclotron wave injection in JT-60U

坂本 宜照; 井手 俊介; 吉田 麻衣子; 小出 芳彦; 藤田 隆明; 竹永 秀信; 鎌田 裕

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A63 - A70, 2006/05

https://doi.org/10.1088/0741-3335/48/5A/S05

トロイダル回転やその勾配は、プラズマの輸送や安定性に大きな影響を与える要素の一つである。現在のトカマク装置では中性粒子ビームにより大きなトロイダル回転速度を発生/制御することができるが、核融合炉では運動量入力が小さいためそれらは困難である。そこでJT-60Uのさまざまな閉じ込め運転モードプラズマにおいて、電子サイクロトロン(EC)波入射によるトロイダル回転速度分布の応答を調べた。内部輸送障壁を持つ正磁気シアプラズマでは、トロイダル回転速度がCTR方向に変化し内部輸送障壁が劣化する。一方で負磁気シアプラズマでは大きな変化はない。また低加熱パワー入力のLモードプラズマでは、CO方向に変化した。プラズマの分布の差異によるEC入射に対するトロイダル回転速度分布の応答について報告する。

MHD instabilities leading to disruptions in low beta JT-60U reversed shear plasmas

武智 学; 藤田 隆明; 石井 康友; 小関 隆久; 鈴木 隆博; 諫山 明彦; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 45(12), p.1694 - 1699, 2005/12

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/12/025

強い内部輸送障壁(ITB)と中心に平坦な圧力区分布を有する負磁気シアプラズマは非常に高い閉じ込め性能を有するが、頻繁に低いベータにもかかわらずディスラプションに至る。ディスラプションに至るMHD揺動とMSEによる詳細な電流分布計測を行ったところ2つのタイプのディスラプションが観測された。一つは安全係数が整数付近で観測される前兆振動を伴わないものであり、もう一つは10msの成長率を持つITB付近から表面まで広がるn=1の前兆振動を伴うものである。これらのディスラプションの特徴を説明するために次のような簡単なモデルを導入した。表面のMHD不安定性とこれと同じモード数に対応するITB付近のMHD不安定性が同時に不安定になった場合にディスラプションに至る。このモデルを用いると観測されるディスラプションは周辺部のモードがトリガーとなるものと内部のモードがトリガーとなるものに分類可能であることがわかった。

Stationary high confinement plasmas with large bootstrap current fraction in JT-60U

坂本 宜照; 藤田 隆明; 井手 俊介; 諫山 明彦; 武智 学; 鈴木 隆博; 竹永 秀信; 大山 直幸; 鎌田 裕; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 45(7), p.574 - 580, 2005/07

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/7/004

高自発電流割合を持つプラズマの長時間維持に関する実験結果について報告する。まず弱磁気シアHモードプラズマでは、自発電流割合45%を電流拡散時間よりも長い5.8秒間維持することに成功した。電流分布を最適化することにより、新古典テアリング不安定性を抑制したことが長時間維持の成果に繋がった。またこの放電は、ITER定常運転シナリオに必要な大部分の要素を同時に達している。次に負磁気シアHモードプラズマにおいて自発電流割合75%を電流拡散時間より長い7.4秒間維持することに成功した。維持時間は高パワーNB入射時間で制限されている。また非常に高い閉じ込め改善度(3.0)が得られており、非誘導電流駆動割合も90%以上に達している。電流分布と圧力分布の時間発展から準定常状態に到達している。

Numerical simulation on current spike behaviour of JT-60U disruptive plasmas

武井 奈帆子; 中村 幸治; 筒井 広明*; 芳野 隆治; 河野 康則; 小関 隆久; 飛田 健次; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*; Jardin, S. C.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(12), p.1815 - 1830, 2004/12

https://doi.org/10.1088/0741-3335/46/12/002

ディスラプション直前の熱消滅の際、正磁気シアプラズマではプラズマ電流分布の急激な平坦化により電流の正スパイク現象が発生する。一方、もともとの内部インダクタンスが小さい負磁気シアプラズマでは、電流分布の平坦化により内部インダクダンスが増加し、負のスパイクが発生するとされている。また、熱消滅時の急激な圧力低下によるプラズマの内向き移動によっても常に正スパイク現象が発生するとされているが、JT-60Uではこれらの解釈に反するさまざまなスパイク現象が観測されるなど、熱消滅時のプラズマ電流挙動は未だ統一的に理解されていない。本研究では、正及び負磁気シアプラズマで観測されている電流スパイク現象の発生機構を調べるため、プラズマと真空容器との電磁相互作用を含めた磁気流体シミュレーションを行った。その結果、熱消滅時の急激な圧力低下に伴うプラズマの内向き移動により真空容器表面に渦電流が誘起され、これによりプラズマ電流重心の大半径位置が小さい場合は電流が増加し、電流重心の大半径位置が大きい場合には反対に減少し得ることを初めて指摘した。また、負磁気シアプラズマにおいても、電流分布の平坦化によりさらに内部インダクタンスが下がり正スパイク現象が発生し得ることを示し、電流スパイク現象の機構について統一的な解釈を与えた。

Comparison of electron internal transport barriers in the large helical device and JT-60U plasmas

居田 克巳*; 藤田 隆明; 福田 武司*; 坂本 宜照; 井手 俊介; 東井 和夫*; 稲垣 滋*; 下妻 隆*; 久保 伸*; 出射 浩*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(5A), p.A45 - A50, 2004/05

https://doi.org/10.1088/0741-3335/46/5A/004

LHDプラズマとJT-60Uプラズマでは低密度プラズマにECHの追加熱を行うと、中心電子温度が上昇し電子系の内部輸送障壁が形成され、電子温度勾配が大きくなる。プラズマの主半径を温度勾配のスケール長で割った値(R/LTe)が電子温度勾配モデルから想定される一つの指標として用いられている。密度で規格化したECHのパワーによってこのR/LTeがどのように変化するかを調べた。LHDプラズマでは、あるパワーにてR/LTeが急激に増大し、内部輸送障壁形成に必要なECHパワーのしきい値の存在を示しているのに対し、JT-60Uのプラズマでははっきりしたしきい値が観測されなかった。この違いは輸送障壁形成機構の違いを示していると考えられる。一方、輸送障壁形成時の電子温度分布にも、LHDプラズマとJT-60Uプラズマで差が観測されている。JT-60Uプラズマでは輸送障壁が形成されるにつれて、プラズマの中心部の温度に平坦化が見られるが、LHDプラズマでは平坦化が観測されていない。これは回転変換分布(q分布)の違いが原因と考えられる。

Studies of the influence of electron heating on ITB subject to advanced tokamak operation in JT-60U

井手 俊介; 鈴木 隆博; 坂本 宜照; 竹永 秀信; 藤田 隆明; 大山 直幸; 諫山 明彦; 小出 芳彦; 鎌田 裕; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 44(1), p.87 - 92, 2004/01

https://doi.org/10.1088/0029-5515/44/1/010

JT-60Uにおいて、高閉じ込めの負磁気シア放電において、電流分布の制御性と閉じ込めとの関連を調べた。その結果、周辺電流駆動により閉じ込め性能に重要な内部輸送障壁の位置を広げることができ、それにより閉じ込め性能を改善できうることを示した。また、中心電流駆動を組合せることにより、負磁気シア領域での安全係数を下げることができることを示した。これらの電流駆動を組合せることにより完全電流駆動を実現するとともに、ITERの先進運転シナリオで要求されている高閉じ込め性能を高規格化密度領域で実証した。一方、電子加熱が主体となる領域での内部輸送障壁の性質を調べた。高閉じ込め負磁気シアプラズマにおいては、電子加熱割合が増加しても内部輸送障壁や閉じ込め性能に大きな影響を与えないことを明らかにした。正磁気シアプラズマにおいては、電子加熱により内部輸送障壁が減衰あるいは消滅する場合が有ることを明らかにした。炉心プラズマでは電子加熱が主体となるため、これら得られた知見は重要である。

Current profile behavior during ramping-up phase in high bootstrap current tokamak plasmas

中村 幸治; 筒井 広明*; 武井 奈帆子*; 白井 浩; 杉原 正芳; Gribov, Y.*; 小関 隆久; 飛田 健次; 飯尾 俊二*; Jardin, S. C.*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.6, p.196 - 198, 2004/00

超電導・先進トカマク炉に必要な遅い電流立上げシナリオを軸対称MHDシミュレーションによって調べた。正磁気シアから負磁気シア配位へと単調に遷移させる制御にもかかわらず、外部から駆動する非誘導電流と内部輸送障壁(ITB)で生じた自発電流との競合的リンクによって正磁気シアと負磁気シア分布の間を繰り返す自己組織的な回帰現象が起きることを示した。また、その物理機構とこれが起きる運転条件を明らかにした。さらに、回帰現象に伴う誘導電場や超電導コイルに生じるAC損失について、その影響を炉工学的観点から論じた。同時に、負磁気シア・プラズマに強い加熱を加えた際の電流ホール形成の可能性を調べ、炉の運転条件についての考察を行った。

JT-60Uにおける蓄積エネルギー実時間帰還制御システムの開発と高性能放電への応用

及川 聡洋; 土屋 勝彦; 栗原 研一; 川俣 陽一; 福田 武司*; 藤田 隆明; 赤坂 博美; 米川 出; 閨谷 譲

JAERI-Research 2003-027, 19 Pages, 2003/12

JAERI-Research-2003-027.pdf:1.14MB

JT-60UにおいてMHD安定性制御を目的としてプラズマ蓄積エネルギーの実時間帰還制御を開発した。プラズマ蓄積エネルギー検出に統計処理法を用いることにより、JT-60Uの幅広いプラズマパラメータ領域におけるオーミックモード,Lモード,Hモード,高ポロイダルモード,負磁気シアモードといったさまざまな閉じ込めモードに対して単一の統計処理係数セットで蓄積エネルギーの高精度実時間検出が可能となった。NB入射電力の調節により蓄積エネルギーの実績値をプレプログラムされた参照波形に正確に追従させることに成功した。負磁気シアモードにおいては内部輸送障壁形成の再現性が向上し、規格化ベータ値を安定領域に維持することでMHD安定性を制御することができる。これにより、負磁気シアモードにおいてDT換算核融合増倍率0.5を0.8秒間維持することに成功した。

ST炉におけるアルファ粒子閉じ込めに関する諸問題

谷 啓二; 飛田 健次; 西尾 敏; 飯尾 俊二*; 筒井 広明*; 青木 尊之*

電気学会プラズマ研究会資料 (PST-03-39), p.13 - 18, 2003/09

非円形断面トカマク炉におけるアルファ粒子のリップル損失の検討を軌道追跡モンテカルロ(OFMC)コードを用いて行った。また、負磁気シア配位の低アスペクト比コンパクト・トカマク炉におけるアルファ粒子のリップル損失をOFMCを用いて評価した。

Long timescale plasma dynamics and explosive growth driven by the double tearing mode in reversed shear plasmas

石井 康友; 安積 正史; 岸本 泰明; Leboeuf, J. N.*

Nuclear Fusion, 43(7), p.539 - 546, 2003/07

https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/7/305

逆転(負)磁気シアプラズマで重要となるダブルティアリングモード(DTM)に新しい磁気再結合現象を伴う非線形不安定化過程が存在することを明らかにした。この非線形不安定化過程は、抵抗性時間スケールでの長時間成長における、磁気島の三角変形に伴った局所的な電流シート(電流点)形成に起因する。その結果引き起こされるDTMの急激な成長領域では、成長率の抵抗値依存性が非常に弱くなることがわかった。この過程は、JT-60Uの負磁気シアプラズマの低ベータディスラプションで観測されている時間遷移現象と対応する可能性がある。