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論文

Recent results from the development of the electron cyclotron heating system for JT-60SA toward high-power long-pulse operations

諫山 明彦; 小林 貴之; 横倉 賢治; 下野 貢; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 日向 淳; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 7(Sp.1), p.2405029_1 - 2405029_5, 2012/05

電子サイクロトロン(EC)波は、プラズマの狭い領域を加熱・電流駆動することができることから、電子加熱や電流分布制御のほか不安定性制御にも用いられる。また、プラズマ着火や壁洗浄などにも有用である。JT-60SAにおいては9基のEC波入射装置が装備され上記のすべての目的で使用される。JT-60SAのEC波入射装置はJT-60Uの設備(周波数: 110GHz)を最大限利用して構築されるが、JT-60SAにおいて要求される性能を満足するために開発運転が継続的に行われている。本講演では、最近のEC波入射装置の進展、特にジャイロトロン開発及び加熱・電流駆動特性解析の結果を述べる。JT-60SAにおいて要求される「ジャイロトロン1基あたり出力1MW、出力時間100秒」を目指してジャイロトロンのモード変換器を改良した。開発運転を進めた結果、出力1MWのもとでの出力時間が2009年には17秒、2010年には31秒に伸長した。ジャイロトロン内の各部の温度は許容温度以下で飽和していることからパルス幅の伸長が可能であると考えられる。また、JT-60SAの最大磁場(2.3T)においてプラズマ中心部を加熱・電流駆動することを目的として2周波数ジャイロトロンの開発を2011年に開始した。計算コードによる加熱・電流駆動解析、及び発振モード・出力窓厚の設計計算から、第2周波数を138GHzとした。高磁場を生成する超伝導磁石を含めてジャイロトロンの製作が現在進行中であり、2012年3月に据え付けられる予定である。

報告書

核融合原型炉SlimCSの概念設計

飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.

JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MB
JAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB

発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/m$$^{2}$$とした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。

論文

ITPA会合報告,29

諫山 明彦; 榊原 悟*; 古川 勝*; 松永 剛; 山崎 耕造*; 渡邊 清政*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; 田村 直樹*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 86(6), p.374 - 377, 2010/06

この会合報告は、2010年春に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"MHD安定性","輸送と閉じ込め物理","統合運転シナリオ","ペデスタル物理"及び"高エネルギー粒子物理"の計5グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,27

長壁 正樹*; 篠原 孝司; 東井 和夫*; 藤堂 泰*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 山本 聡*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 85(12), p.839 - 842, 2009/12

この会合報告は、2009年秋に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"高エネルギー粒子物理","輸送と閉じこめ物理","ペデスタル物理","MHD安定性","計測"、及び"統合運転シナリオ"の計6グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験結果報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

論文

Compact DEMO, SlimCS; Design progress and issues

飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 川島 寿人; 栗田 源一; 谷川 博康; 中村 博文; 本多 充; 斎藤 愛*; 佐藤 聡; et al.

Nuclear Fusion, 49(7), p.075029_1 - 075029_10, 2009/07

 被引用回数:121 パーセンタイル:1.72(Physics, Fluids & Plasmas)

最近の核融合原型炉SlimCSに関する設計研究では、おもに、ブランケット,ダイバータ,材料,保守を含む炉構造の検討に重点を置いている。この設計研究における炉構造の基本的考え方とそれに関連する課題を報告する。楕円度のついたプラズマの安定化と高ベータ化のため、セクター大の導体シェルを交換ブランケットと固定ブランケット間に設置する構造とした。また、ブランケットには、加圧水冷却,固体増殖材を採用することとした。従来の原型炉設計で検討していた超臨界水冷却を利用するブランケット概念に比べ、トリチウム自給を満足するブランケット概念の選択肢はかなり絞られる。ダイバータ技術やその材料について考慮すると、原型炉のダイバータ板での熱流束上限は8MW/m$$^{2}$$以下とすべきであり、これは原型炉で取り扱うパワー(すなわち、アルファ加熱パワーと電流駆動パワーの和)に対して大きな制約となりうる。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,24

井戸村 泰宏; 吉田 麻衣子; 矢木 雅敏*; 田中 謙治*; 林 伸彦; 坂本 宜照; 田村 直樹*; 大山 直幸; 浦野 創; 相羽 信行; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 84(12), p.952 - 955, 2008/12

2008年の秋季に、ITPAに関する6つの会合(「輸送と閉込め物理」,「周辺及びペデスタル物理」,「MHD安定性」,「統合運転シナリオ」,「高エネルギー粒子物理」,「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」)が開催された。前回までのグループが再編成されグループ名も改称されるとともに、新議長,新副議長が就任し、各国の委員も更新された。各会合の詳細と次回会合の予定(開催日程,場所)等を報告する。

論文

Overview of national centralized tokamak program; Mission, design and strategy to contribute ITER and DEMO

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。

論文

Overview of the national centralized tokamak programme

菊池 満; 玉井 広史; 松川 誠; 藤田 隆明; 高瀬 雄一*; 櫻井 真治; 木津 要; 土屋 勝彦; 栗田 源一; 森岡 篤彦; et al.

Nuclear Fusion, 46(3), p.S29 - S38, 2006/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:54.28(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク国内重点化装置(NCT)計画は、大学における成果を取り込みつつJT-60Uに引き続き先進トカマクを進めるための国内計画である。NCTのミッションは発電実証プラントに向けて高ベータ定常運転を実現するとともに、ITERへの貢献を図ることである。高ベータ定常運転を実現するために、装置のアスペクト比,形状制御性,抵抗性壁モードの帰還制御性,電流分布と圧力分布の制御性の機動性と自由度を追求した。

論文

Engineering design and control scenario for steady-state high-beta operation in national centralized tokamak

土屋 勝彦; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; et al.

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1599 - 1605, 2006/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.16(Nuclear Science & Technology)

JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)は、経済的な核融合炉の実現を目指した定常高ベータプラズマ運転の実証が重要なミッションの一つである。現在、プラズマ形状及びアスペクト比について広いパラメータ領域で研究を行えるように、装置の物理的・技術的設計検討を進めている。本装置の目標とする高ベータプラズマは、自由境界MHD安定性限界を超えた領域にあるため、電子サイクロトロン加熱による新古典テアリングモードの抑制に加えて、安定化板及び容器内コイルを用いた壁不安定性モードの抑制など、さまざまなMHD不安定性の制御手法を駆使する必要がある。それらを踏まえて、今回は、高ベータと臨界条件クラスのプラズマを同時に達成できるプラズマパラメータの解析評価、及び自由境界MHD安定性限界を超えた高ベータプラズマの非誘導電流駆動制御シナリオの検討結果について報告する。また、広いパラメータ領域で定常高ベータプラズマ運転を実現させるための装置設計の現状に関して、超伝導コイル及び放射線遮へい材を中心に報告する。

論文

Design study of national centralized tokamak facility for the demonstration of steady state high-$$beta$$ 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:50.76(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。

論文

Current clamp at zero level in JT-60U current hole plasmas

藤田 隆明; 鈴木 隆博; 及川 聡洋; 諫山 明彦; 波多江 仰紀; 内藤 磨; 坂本 宜照; 林 伸彦; 濱松 清隆; 井手 俊介; et al.

Physical Review Letters, 95(7), p.075001_1 - 075001_4, 2005/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:38.74(Physics, Multidisciplinary)

軸対称トーラス形状の磁場閉じ込め高温プラズマにおいて、いったん中心部の電流密度がゼロ近傍となる(電流ホール)と、電気伝導度が高いにもかかわらず、中心部で電流が流れないことを発見した。この電流クランプは、JT-60Uトカマクの実験において、トロイダル電場や高周波を用いた電流駆動に対して観測された。これは、軸対称トーラスプラズマにおける新しい、硬直な、自己組織化された磁場構造である。

論文

Large scale MD simulation of 8-oxoguanine and AP site multiple lesioned DNA molecule combined with biomolecular visualization software

藤本 浩文; Pinak, M.; 根本 俊行*; 坂本 清隆*; 山田 和幸*; 星 芳幸*; 久米 悦雄

Journal of Molecular Structure; THEOCHEM, 681(1-3), p.1 - 8, 2004/01

分子動力学シミュレーションプログラムAMBERと、AMBERの出力ファイルから動画ファイルを自動的に生成するために新たに開発したソフトウエアF-BMVSを組合せたシステムを用いて、複数箇所に酸化損傷を被ったDNA分子がどのように分子構造を変えるかを観察した。放射線や化学物質によって生じるこれらの損傷は、修復されなければ強力な突然変異原となり、細胞がガン化する原因となると考えられている。2種類の損傷(8-oxoG, AP部位)を持つDNA分子と損傷を持たないDNA分子に対し1ナノ秒のオーダーのシミュレーションを行い、F-BMVSを用いて可視化したところ、損傷構造に特異的な立体構造が観察された。これらの分子構造の差異は、損傷を修復する酵素が損傷部位と非損傷部位とを見分ける要因の1つになっているのではないかと考えられる。

論文

中性子線による沸騰流の可視化と計測

呉田 昌俊; 星 芳幸; 山田 和幸*; 坂本 清隆*

日経サイエンス, 111 Pages, 2004/01

独自に開発した中性子ラジオグラフィ熱流動計測技術を用いて、燃料棒間ギャップが1mmの低減速軽水炉を模擬した金属製試験体内を流れる沸騰流を計測し、可視化した。本技術の開発により、これまで観察が不可能であった条件でのわずかな水や蒸気の分布と変化を0.1mmの空間分解能,1/1000秒の時間分解能で測定できるようになった。可視化手法として、物質を3次元空間で分類し、例えば「流路内の蒸気割合だけを表示」するMASK処理と呼ぶ3D可視化手法を開発した。また、液塊(水)のダイナミックな流動状況を把握するため、大量の時系列データを高速処理して3次元の動画表示を行った。本開発により、狭い領域に水が留まり易く、水は塊となって中心に近い程高速に流れること等が明らかとなった。(本件は、日経サイエンス主催のビジュアル・サイエンス・フェスタ2003のコンピューター・ビジュアリゼーション・コンテストにおいて入賞し、ポスター発表及び雑誌に掲載されることとなった。)(応募作品は動画である。)

論文

Noninductive current drive and steady-state operation in JT-60U

牛草 健吉; 井手 俊介; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 鎌田 裕; 藤田 隆明; 池田 佳隆; 内藤 磨; 松岡 守*; 近藤 貴; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.255 - 277, 2002/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:96.97(Nuclear Science & Technology)

JT-60における非誘導電流駆動及び高性能定常運転に関する研究成果をまとめた。低域混成波電流駆動(LHCD)により3.5MAの大電流駆動,3.6$$times$$1019m-2A/Wの高効率電流駆動,自在な電流分布制御性を実証した。近接条件,高速電子挙動等の基礎研究によりLHCD物理の解明に貢献した。負イオン源中性粒子ビーム電流駆動(N-NBCD)実験により、中性粒子ビーム電流駆動に関する研究を著しく進展させた。駆動効率1.5$$times$$1019m-2A/Wを達成し、1MAの電流駆動に成功した。弱磁場励起Oモード電子サイクロトロン波による局所電流駆動を実証し、駆動効率0.5$$times$$1019m-2A/W,0.2MAの電流駆動を達成するとともに、新古典テアリング不安定性の抑制に成功した。これらの成果に基づき、高$$beta$$pHモード及び負磁気シアプラズマという2つの高性能定常運転方式を開発した。これらの運転方式は、高い閉じ込め性能を有するほぼ定常状態の電流分布を完全電流駆動の状態で持続できるものである。高い規格化密度や高い核融合積を有する完全電流駆動高性能定常運転方式で達成した。

論文

The 110-GHz electron cyclotron range of frequency system on JT-60U; Design and operation

池田 佳隆; 春日井 敦; 森山 伸一; 梶原 健*; 関 正美; 恒岡 まさき*; 高橋 幸司; 安納 勝人; 濱松 清隆; 平内 慎一; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.435 - 451, 2002/09

 被引用回数:23 パーセンタイル:17.74(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uにおける局所加熱と電流駆動を目的として、電子サイクロトロン周波数(ECRF)加熱装置を設計,開発し、運転を行った。周波数は、弱磁場側からの基本波Oモードを入射する110GHzを採用した。本システムは、単管出力1MWレベルのジャイロトロンを4本,その大電力を伝送する4本の伝送系,さらに2基のアンテナから構成される。エネルギー回収機構とダイヤモンド出力窓が、ジャイロトロンの特徴である。エネルギー回収機構を利用するとともに、その発振動作を考慮して高圧電源の改造を行うことにより、主電源が一定電圧制御の無いJT-60高周波加熱設備においてもジャイロトロンの発振を可能とした。またダイヤモンド出力窓の採用により、伝送系の伝搬モードに効率よく変換できる出力モードを実現し、低損失導波管の採用とあわせ、60mの長距離伝送においても約75%の高効率伝送を実現した。2基のアンテナは、高周波の入射方向をプラズマ放電中に制御可能であり、これにより局所的な加熱/電流分布制御を実現した。2000年には3系統によりプラズマ総入射パワー1.5~1.6MW,3秒までの運転を行い、電子温度15keVの達成や、MHD制御等の実験に用いられた。2001年には4系統のシステムが完成し、約3MWレベルの運転が実施された。

論文

ECRF experiments for local heating and current drive by fundamental O-mode launch from the low-field side on JT-60U

池田 佳隆; 井手 俊介; 鈴木 隆博; 春日井 敦; 高橋 幸司; 梶原 健; 諫山 明彦; 及川 聡洋; 濱松 清隆; 鎌田 裕; et al.

Nuclear Fusion, 42(4), p.375 - 382, 2002/04

 被引用回数:25 パーセンタイル:35.55(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60では、局所的な加熱/電流駆動の有効性を調べるために、電子サイクロトロン波帯による実験を進めている。入射法式は、ITERで局所電流駆動方式として提案されている弱磁場からの基本波のOモード針入射方式である。周波数は110GHzであり、大電力発振管3本により、入射電力1.5MWまでの実験を行った。中心部を局所加熱することで、中心ピークの非常に強い電子温度分布を得、最高電子温度は15keV以上に達した。また熱輸送障壁内部に局所的な入熱を行うことで熱輸送障壁内部の熱輸送の変化を直接的に観測した。さらにMSE測定により、電子サイクロトロン波による局所的な駆動電流を定量評価し、理論予想とほぼ合っていることを明らかにした。

論文

Formation and sustainment of current hole in JT-60U

藤田 隆明; 三浦 幸俊; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 竹永 秀信; 及川 聡洋; Chankin, A. V.; 坂本 宜照; 小出 芳彦; 波多江 仰紀; et al.

Proceedings of 29th European Physical Society Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, 9 Pages, 2002/00

JT-60Uにおいて、モーショナルシュタルク効果(MSE)計測の測定精度の向上及び平衡コードの改良により、負磁気シアプラズマの中心部に電流がほとんど流れていない領域(「電流ホール」)が数秒間安定に存在することを明らかにした。電流ホールの半径はプラズマ半径の40%に及ぶ。これは従来必要と考えられていた磁気軸上電流がなくても安定にトカマクを運転できる可能性を示すものである。電流ホールは中心を外れた非誘導電流の増大によって形成される。興味深いのは、中心部で電流が負となる例が観測されていないことである。また、電流ホール内において、中性粒子ビームや電子サイクロトロン波による電流駆動を行った場合でも、中心部に電流が発生しない。このような電流ホールの硬直性は、それを維持する何らかの機構が働いていることを示唆している。

論文

Initial results of electron cycloton range of frequency (ECRF) operation and experiments in JT-60U

池田 佳隆; 春日井 敦; 高橋 幸司; 梶原 健; 諫山 明彦; 井手 俊介; 寺門 正之; 篠崎 信一; 横倉 賢治; 安納 勝人; et al.

Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.351 - 363, 2001/01

 被引用回数:34 パーセンタイル:8.62(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uの高周波加熱として、電子サイクロトロン(EC)波による局所加熱/電流駆動の初期運転及び実験結果を報告する。本システムは、固体電流スイッチと高安定加速電源を従来の高周波加熱装置に付加することによりEC波を発振させるものであり、現在まで発振出力1MW,2秒,プラズマ入射電力0.75MW,2秒に成功した。局所加熱においては、アンテナの準光学可動鏡により、プラズマ中心から端まで、約15cmの中で加熱位置を制御できることを確認するとともに、入射の偏波条件を最適化することで、0.75MW,0.3秒の入射で中心電子温度を4.4keV上昇することに成功した。さらにNBIによる高$$beta_{p}$$ HモードプラズマにEC波を入射し、中心電子温度を約10keVに維持することを確認した。

論文

ECRF Experiments in JT-60U

諫山 明彦; 池田 佳隆; 井出 俊之; 鈴木 隆博; 森山 伸一; 高橋 幸司; 梶原 健; 及川 聡洋; 濱松 清隆; 鎌田 裕; et al.

AIP Conference Proceedings 595, p.267 - 274, 2001/00

JT-60Uでは1999年よりECRF実験を開始し2000年には入射装置を3ユニットに増強した。各ユニットは、CPDジャイロトロン,計2枚のダイアモンド窓,可動鏡,偏波偏光器,コルゲート導波管等から構成されている。入射パワー・入射時間とも着実に進展し2000年には3ユニットから3秒間入射することに成功した。このECRF装置を用いて次の結果が得られた。(1)新古典テアリング不安定性の完全な抑制に成功した。最適な入射角は放電中の可動鏡スキャンにより決定した。また、実時間で不安定性を検出しEC波を入射する制御システムを構築して安定化実験も行った。(2)EC波による駆動電流分布を実験的に評価し計算コードの結果とよく一致することを示した。(3)EC波の入射方向や入射位置を変えることにより鋸歯状振動が制御できることを示した。

論文

Recent RF activities on JT-60U

池田 佳隆; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 井手 俊介; 今井 剛; 諫山 明彦; 岩瀬 誠; 春日井 敦; 近藤 貴; 草間 義紀; et al.

AIP Conference Proceedings 485, p.279 - 287, 1999/09

最近のJT-60Uにおける高周波実験の成果を報告する。低域混成波(LHCD)では、閉じ込めの良い負磁気シア配位を、4.7秒定常的に保持することに成功した。またLHCD単独による中心電子温度11keVを越える高温プラズマ加熱を確認した。イオンサイクロトロン波(ICRF)では、負磁気シア配位での、ICRFによる高速イオンの閉じ込め減少の原因を明らかにするとともに、粒子補給の少ない状態での負磁気シア特性を調べた。電子サイクロトロン波(ECH)では、大型トカマクとして初めて、入射に成功するとともに、局所加熱制御及び中心加熱において、5.5keVの高温プラズマ加熱に成功した。

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