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竹永 秀信; 大山 直幸; 藤田 隆明; 山田 弘司*; 西村 清彦*; 田中 謙治*; 坂本 隆一*
Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2003 - March 2004, P. 12, 2003/10
JT-60UとLHDにおいて、高密度領域での閉じ込め劣化及び粒子輸送について比較した。高密度領域での閉じ込め劣化に関しては、回転変換から求められる等価的なヘリカル系でのグリーンワルド密度とISS95スケーリングからの改善度との関係を磁気軸3.6mのLHDプラズマにおいて調べた。LHDでは最外殻磁気面近傍で回転変換が急激に増加するため、LHDでの密度限界スケーリング近傍のデータでもグリーンワルド密度比(f
)は0.6程度にとどまっている。閉じ込め改善度は、f
0.1ではfが大きくなるにつれて低下する傾向にある。JT-60UのELMy Hモードプラズマでは、f0.3-0.4でLモードからの閉じ込め改善度の低下が同様に観測される。粒子輸送に関しては、磁気軸3.9mのLHDプラズマにNBとEC加熱を行った場合とJT-60UプラズマにEC加熱のみを行った場合の比較を行った。LHDではホローな密度分布が観測されており、外向きの対流速度があるものと思われる。ガスパフモジュレーション実験から粒子輸送係数の導出を試みたが、変調成分の振幅と位相の両方の分布を満足する拡散係数と対流速度は得られなかった。一方、JT-60Uではピークした密度分布が観測されており、中心部に粒子源がないために内向き対流速度が存在していると考えられる。
竹永 秀信
プラズマ・核融合学会誌, 79(8), p.790 - 804, 2003/08
トロイダルプラズマにおける粒子輸送解析手法についてまとめたものである。粒子束を拡散項と対流項の和で表す粒子輸送モデルを導入し、それらの特性を表す粒子拡散係数と対流速度を評価するために必要な実験手法及び解析手法について説明した。まず最初に、プラズマ内の粒子バランスについて述べ、粒子輸送モデルを説明した。さらに、そのモデルを用いて、簡単な場合の密度分布について考察し、粒子拡散係数と対流速度及び粒子源分布によりプラズマ密度分布が決定されていることを示した。次に、粒子輸送解析に必要な粒子源の評価について、水素原子密度測定法とプラズマ中の水素原子・分子挙動をモデル化したモンテカルロ法によるシミュレーションを組み合わせた解析手法を説明した。これらをもとに、粒子拡散係数と対流速度の導出方法について、解析例を示しながら密度勾配と粒子束の関係を用いた手法,電子密度分布の時間発展計算による手法、及び定常解と摂動法を組み合わせた手法を説明した。また、不純物輸送に関しても、不純物ガスパフ変調法と不純物密度分布の時間発展計算による手法について説明した。
上原 和也; 前田 満; 津島 晴*; 雨宮 宏*
Contributions to Plasma Physics (CD-ROM), 42(2-4), p.384 - 388, 2002/04
実験的に得られているトカマク周辺のプラズマパラメーターから電子及びイオンの粒子拡散係数D
,D
や熱拡散係数
,を求めるためのスクレイプオフ層の輸送モデルをさらに発展させ、より精密なものにした。粒子保存の式とエネルギー保存の式が解かれ、今まで無視していた電離と荷電交換損失によるソース項も正確に取り入れた。D
と(j=e,i)は磁力線に沿った結合長L,イオン温度T
,電子温度T
,密度と温度勾配の減衰長
,
,
それにマッハ数Mの関数として表現される。JFT-2Mの静電プローブ類でこれらのデータは得られているので、Dやが正確に求められる。評価の一例として、JFT-2Mで得られているT/T=2
6,M=0.060.2のパラメーターではD
DD
という結果が得られた。ただし、D
とは測定点におけるボーム拡散係数と新古典論に基づく拡散係数である。
竹永 秀信; 永島 圭介; 逆井 章; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 久保 博孝; 東島 智; 及川 聡洋; 白井 浩; 藤田 隆明; et al.
Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1917 - 1928, 1999/11
被引用回数：22 パーセンタイル：57.65(Physics, Fluids & Plasmas)核融合炉においては出力制御のために十分な密度制御性を確保することが必要であり、そのためには粒子閉じ込め特性の把握が不可欠である。本論文ではNBIにより中心供給した粒子の閉じ込め時間と、リサイクリング及びガスパフにより周辺供給した粒子の閉じ込め時間を個別に取り扱う新しい手法を用いてELMyHモードプラズマにおけるセパラトリックス内のイオン総数に関するスケーリング則を導出した。また、スケーリング則と実験値の比較から負磁気シアプラズマでの粒子閉じ込め改善を定量的に評価した。さらに、粒子拡散係数と対流速度をヘリウムガスの変調入射実験で評価した。その結果、内部輸送障壁において、粒子拡散係数がその内側、外側領域に比べて1/5~1/6に減少していることを明らかにした。
竹永 秀信; 逆井 章; 小出 芳彦; 坂本 宜照; 久保 博孝; 東島 智; 及川 聡洋; 白井 浩; 藤田 隆明; 鎌田 裕
プラズマ・核融合学会誌, 75(8), p.952 - 966, 1999/00
JT-60Uの負磁気シア及びELMy Hモードプラズマでの粒子輸送を、数種の不純物に対して解析した。まず、ガスパフの変調入射実験からネオン及びヘリウムの粒子輸送係数を求めた。さらに密度勾配と粒子束の関係から、負磁気シアプラズマの内部輸送障壁での炭素の粒子輸送係数を評価した。求めた粒子輸送係数を用いて不純物密度分布の時間発展を再現できることを示し、評価の妥当性を確認した。求めた粒子輸送係数の比較から、負磁気シアプラズマの内部輸送障壁での粒子輸送について以下の結果を得た。(1)EMLy Hモードプラズマに比べて粒子拡散係数が一桁程度小さいこと。(2)不純物の種類によらず粒子拡散係数はほぼ同じ値である。(3)内向き対流速度は、高い電荷数を持つ粒子のほうが大きい傾向にある。
竹永 秀信; 永島 圭介; 逆井 章; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 久保 博孝; 東島 智; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 鎌田 裕; et al.
Fusion Energy 1998, Vol.2, p.749 - 752, 1998/10
JT-60Uにおける粒子閉じ込め及び粒子輸送を定量的に解析した。NBIにより中心供給された粒子とリサイクリング、ガスパフにより周辺供給された粒子の閉じ込め時間を分離して定義し、ELMyHモードにおけるイオン総数に対するスケーリング則を導出した。中心供給粒子の閉じ込め時間は密度と共に増加し、周辺供給粒子の閉じ込め時間は密度と共に減少することを明らかにした。また負磁気シアプラズマでは、スケーリング則に対して約2倍程度粒子閉じ込めが改善していることを明らかにした。さらに、ヘリウムガスのモジュレーション実験から、負磁気シアプラズマ及びELMyHモードでの粒子拡散係数と対流速度を評価した。負磁気シアプラズマにおいては、内部輸送障壁近傍で、その内外領域に対して粒子拡散係数が、1/5~1/6に減少していることを観測した。
上原 和也; 津島 晴*; 雨宮 宏*
Czechoslovak Journal of Physics, 48(SUPPL.S2), p.339 - 344, 1998/00
周辺プラズマはコアプラズマとの関連で調べられているが、イオン温度やフロー速度等についてのデータの欠如により、輸送特性の解明には、多くの不鮮明な点があった。JFT-2Mでは、新しく開発された2つのダブルプローブを用いて、周辺プラズマのイオン温度とフロー速度の径方向分布を測定することに成功しているので、これらのデータを用いて、周辺プラズマの輸送モデルを作り、粒子拡散係数
、電子熱拡散係数
、イオン熱拡散係数を評価することを試みた。その結果、OHプラズマでは、トロイダル磁場、1.25T、安全係数4の条件下で 
53m
/s, 22m/s, 1.9m/sが得られ、NBI加熱時(加熱パワー0.3MW)は、同じ条件下で、 1.7m/s, 19m/s, 5m/sという値が得られた。
竹永 秀信; 永島 圭介; 逆井 章; 及川 聡洋; 藤田 隆明
Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(2), p.183 - 190, 1998/00
被引用回数：41 パーセンタイル：77.36(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60U負磁気シアプラズマでは、電子密度・温度、イオン温度分布に内部輸送障壁と呼ばれる急峻な勾配が観測される。温度勾配に関しては熱拡散係数の減少で説明されるが、密度勾配に関しては、(1)粒子拡散係数の減少、(2)内向き対流速度の増加、もしくは(3)両効果によることが考えられ、粒子拡散係数と対流速度を分離して評価する必要がある。本論文では、JT-60U負磁気シアプラズマにおいて、ヘリウムガスを用いたモジュレーション実験により、粒子拡散係数と対流速度を分離して評価した。その結果、内部輸送障壁近傍で内側領域に対して、粒子拡散係数が約半分程度になっていること、また、対流速度も、内側領域で外向きなのに対して、内部輸送障壁近傍で内向きになっていることが明らかになった。このことは、急峻な密度勾配が粒子拡散係数の減少と内向き対流速度の増加の結果として形成されていることを示唆している。
永島 圭介; 井手 俊介; 内藤 磨
Plasma Physics and Controlled Fusion, 38(11), p.1975 - 1984, 1996/11
被引用回数：4 パーセンタイル：17.26(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの低域混成波電流駆動放電において粒子輸送特性が特徴的に変化していることを発見した。低域混成波入射時には、入射波のスペクトルに応じて密度分布が平坦化しているのである。この時の粒子輸送係数を評価するために、ガスパフの変動入射実験を実施した。線積分電子密度の時間変化を解析することにより、粒子拡散係数と密度分布のピーキング係数を求めた。この結果から、電流駆動時の拡散係数はオーム加熱時の値に比べて3倍程度大きくなっており、この変化は主にプラズマ外側の領域で生じていることが分かった。また、ピーキング係数については位相速度の速い波を入射した時ほど係数値が小さくなっていることが明らかとなり、トムソン散乱法で測定された密度分布の違いを説明するものであることが分かった。
永島 圭介; 荘司 昭朗; 玉井 広史; 三浦 幸俊; 竹永 秀信; 前田 彦祐
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.208 - 212, 1995/04
被引用回数：10 パーセンタイル：69.2(Materials Science, Multidisciplinary)スクレイプオフ及びダイバータ領域におけるプラズマの諸特性解明は、将来の核融合炉へ向けての最重要課題の1つに挙げられる。JFT-2M装置では、静電プローブ測定を中心として、スクレイプオフ及びダイバータ領域における電子密度・温度の分布を評価し、この領域における粒子と熱バランスの解析をしている。この解析から、径方向(磁気面に垂直方向)の粒子及び熱拡散係数が評価できる。実験から求まった粒子及び熱拡散係数の値は、スクレイプオフ領域における電子密度と強い相関があり、密度の増加とともに減少することがわかった。また、この領域では熱輸送係数と粒子輸送係数の比が2程度であることを明らかにした。
永島 圭介; 逆井 章
JAERI-M 92-057, 9 Pages, 1992/03
トカマクにおける輸送物理の研究は、最も重要な課題の一つとなっている。この輸送物理研究の中で、ある種の入力源を摂動させることによって、その応答を測定する実験は、最も有効な実験方法の一つとして種々のトカマク装置にて実施されてきた。こうした摂動実験の解析のために一般的な輸送方程式を解くための簡易な方法を考案した。更に、JT-60Uにおけるガスパフ摂動実験にこの方法を適用した。測定及び計算から得られた密度変動の周波数依存性を比較することにより、プラズマの周辺部及び中心部における粒子拡散係数を評価することができた。得られた拡散係数の値は、周辺部で0.8m/sec、中心部で0.1から0.2m/sec程度である。
永島 圭介; 逆井 章; J.C.M.DeHaas*; 福田 武司
Proc. of the 1992 Int. Conf. on Plasma Physics, Contributed papers, Part l, p.I87 - I90, 1992/00
トカマクプラズマの輸送物理において、ある種の入力源を摂動させることによって、その応答を測定する実験は最も有効な実験のひとつとなっている。JT-60Uにおいては、プラズマ内部の粒子輸送を研究するために、ガスパフによる密度摂動実験を実施した。この実験は、プラズマ周辺部でイオン化した中性ガスが、プラズマ内部へ拡散していく時間スケールより、粒子拡散係数を評価するためのものである。測定、及び、計算から得られた密度の時間変化を比較することにより、粒子拡散係数は、プラズマ周辺部で0.8m/sec、中心部で0.1から0.2m/sec程度であることが判明した。更に、この実験においては、電子温度の揺動も観測されており、プラズマ内部での熱輸送についても、解析を進めている。
福田 武司; 永島 圭介; 木島 滋; 原口 和三*; 高橋 虎之助*; 長島 章; 的場 徹
Review of Scientific Instruments, 61(11), p.3524 - 3527, 1990/11
被引用回数：10 パーセンタイル：69.81(Instruments & Instrumentation)密度分布と揺動の計測を目的としてミリ波を用いた広帯域反射計の開発を行い、JT-60に適用した。分布計測については、反射層の空間的な揺らぎによるドップラーシフトの影響を低減する為、発振周波数を高速で掃引することが必要であることを明らかにした。また、反射計測が電磁流体的な揺動計測にも有効であることをm=1振動の検出によって示し、鋸歯状波振動の物理機構の理解に対しても有効な手段となり得ることに言及した。さらに低減混成波による電流駆動をリミター配位のプラズマに対して行なった際に得られたH-モード・プラズマの周辺部における乱流的な揺動の強度が著しく低いことを示し、理論的な予測に一致することがわかった。内部崩壊時に発生する密度波の伝播時間から粒子拡散係数を評価する手法についてもその有効性を示すことができた。
木村 晴行; 大塚 英男; 前田 彦祐; 下村 安夫; 山本 新; 永見 正幸; 小田島 和男; 上田 憲照*; 仙石 盛夫
JAERI-M 6861, 50 Pages, 1977/01
現在、JFT-2a(DIVA)で進められているダイバ-タ実験においては、スクレ-プ・オフ層のプラズマパラメ-タを求める為に種々の静電的測定法が用いられている。ダイバ-タ領域でのイオン温度、電子温度はファラディカップで測定される。これは高エネルギ-電子の存在する領域でのイオン飽和電流の測定にも有力である。ダイバ-タ領域でのプラズマの流れ及びその速度は方向性プロ-ブによって調べられている。まだ予備的では有るがスクレ-プ・オフ層での粒子拡散係数(D)の測定も行なわれている。パルスバイアス法によってプラズマに大きな擾乱を与えることなしにシェルへの損失粒子束のそくていが行なわれている。
