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論文

Impact of plasma parameter on self-organization of electron temperature gradient driven turbulence

河合 智賀*; 井戸村 泰宏; 前山 伸也*; 小川 雄一*

Physics of Plasmas, 24(4), p.042303_1 - 042303_13, 2017/04

AA2017-0111.pdf:7.14MB

 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

ジャイロ運動シミュレーションとHasegawa-Mima (HM)方程式に基づいてスラブ電子温度勾配駆動(ETG)乱流の自己組織化を調べた。自己組織化乱流構造のスケールと異方性は、Rhinesスケールと、HM方程式の断熱応答項によって与えられる特徴的なスケールによって変化する。前者は線形波分散と非線形乱流カスケードの競合によって決定され、後者は乱流カスケードが妨げられるスケールとして与えられる。これらのスケールは、密度勾配、温度勾配、イオンと電子の温度比などのプラズマパラメータによって制御される。プラズマパラメータに依存して、ETG乱流は大きく異なる輸送レベルを与える等方的乱流、もしくは、帯状流のいずれかを示すことがわかった。プラズマパラメータにかかわらず変調不安定性が帯状流を励起するが、最終的な乱流構造は自己組織化過程によって決定される。

論文

SOL-divertor plasma simulations introducing anisotropic temperature with virtual divertor model

東郷 訓*; 滝塚 知典*; 中村 誠; 星野 一生; 小川 雄一*

Journal of Nuclear Materials, 463, p.502 - 505, 2015/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.49(Materials Science, Multidisciplinary)

仮想ダイバータモデルと非等方イオン温度を導入した1D SOL-ダイバータプラズマシミュレーションコードを開発した。非等方イオン温度を導入することにより、運動量輸送方程式の2階微分イオン粘性項を排除できた。その結果として、ダイバータ板での境界条件は不要となった。ダイバータとシースを模擬するために、仮想ダイバータモデルを導入した。これは粒子、運動量、エネルギーについての人為的なシンク項として記述する。仮想ダイバータモデルの導入により、数値計算上取り扱いが容易な周期境界条件の適用が可能になった。このモデルを用いて、ボーム条件を満足するようなSOL-ダイバータプラズマをシミュレートすることができた。イオン温度の非等方性の規格化平均自由行程への依存性、Braginskii形式のイオン粘性の妥当性についても調べた。

論文

Stabilization of a high-order harmonic generation seeded extreme ultraviolet free electron laser by time-synchronization control with electro-optic sampling

冨澤 宏光*; 佐藤 尭洋*; 小川 奏*; 渡川 和晃*; 田中 隆次*; 原 徹*; 矢橋 牧名*; 田中 均*; 石川 哲也*; 富樫 格*; et al.

High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e14_1 - e14_10, 2015/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.35(Optics)

自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域(波長61.2nm)のシードFEL光の発生に成功した。しかしながら、外部からのコヒーレント光をシード光として用いる場合、電子バンチとシード光のタイミングドリフトにより、シードFEL光の出力ゆらぎが大きくなり、発生頻度も減少する問題がある。この問題点を解決するために、電気光学(Electro-Optic: EO)効果を利用したタイミングモニターを開発し、FEL装置の診断セクションに導入した。これにより、シードFEL光(波長61.2nm)の発生頻度が約0.3%から約25%に向上し、最大出力20$$mu$$Jが得られた。また、検討中の水の窓領域でのシードFELについても報告する。

論文

Analysis of accident scenarios of a water-cooled tokamak DEMO

中村 誠; 伊庭野 健造*; 飛田 健次; 染谷 洋二; 谷川 尚; Gulden, W.*; 小川 雄一*

Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2014) (CD-ROM), 8 Pages, 2014/10

近年我が国において、加圧水冷却材と固体ペブル増殖ブランケットに基づくトカマク核融合原型炉の設計研究が進んでいる。しかしながら、このタイプの核融合原型炉の安全上の特徴はまだ十分に明らかにされていない。本論文は真空容器内・真空容器外における冷却材喪失事象の熱水力解析について報告するものである。水冷却原型炉の安全上(とりわけ閉じ込め障壁への荷重)について、熱水力解析の結果に基づいて議論する。そのような荷重を低減するための方策についても提案する。

論文

Full-coherent HHG-seeded EUV-FEL locked by EOS timing feedback

小川 奏*; 佐藤 尭洋*; 松原 伸一*; 岡安 雄一*; 富樫 格*; 渡部 貴宏*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; et al.

Proceedings of 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim and 18th OptoElectronics and Communications Conference and Photonics in Switching 2013 (CLEO-PR & OECC/PS 2013) (USB Flash Drive), 2 Pages, 2013/06

自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域(波長61.5nm)のシードFEL光の発生に成功した。しかしながら、外部からのコヒーレント光をシード光として用いる場合、電子バンチとシード光のタイミングドリフトにより、シードFEL光の出力ゆらぎが大きくなり、発生頻度も減少する問題がある。この問題点を解決するために、電気光学(Electro-Optic: EO)効果を利用したタイミングモニターを開発し、FEL装置の診断セクションに導入した。これにより、シードFEL光(波長61.2nm)の発生頻度が約0.3%から約24%に向上し、最大出力20$$mu$$Jが得られた。この結果について発表する。

論文

核融合研究で開発された最先端技術の波及効果

栗原 研一; 小川 雄一*

日本原子力学会誌, 55(4), p.225 - 230, 2013/04

核融合実現に向けた課題克服を目的に研究開発された多数の最先端技術は、これまで他の産業分野へも活発に応用されてきた。現在、国際熱核融合実験炉ITER建設や原型炉を目指した幅広いアプローチ活動が技術課題と格闘しながら展開される中、本解説では、核融合研究で開発された最先端技術が、どのような機器に技術波及したか、あるいは可能性があるかについて現状を俯瞰し、科学技術創造立国の一翼を担っているとも言える核融合研究開発の新たな魅力を紹介する。

論文

High intense full-coherent radiation of free electron laser seeded by high-order harmonics in extreme-ultraviolet region

富樫 格*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 大和田 成起*; 山内 薫*; 原 徹*; et al.

Proceedings of Ultrafast Optics IX (CD-ROM), 2 Pages, 2013/03

自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域のシード型自由電子レーザーの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.2nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。高次高調波のシーディングによりSASE方式特有のスパイク構造がなくなり、スムーズなスペクトルが得られた。

論文

The First electron bunch measurement by means of dast organic EO crystals

岡安 雄一*; 冨澤 宏光*; 松原 伸一*; 佐藤 尭洋*; 小川 奏*; 富樫 格*; 高橋 栄治*; 南出 泰亜*; 松川 健*; 青山 誠; et al.

Proceedings of 1st International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2012) (Internet), 5 Pages, 2012/10

自由電子レーザー(FEL)は、自己増幅自発放射方式を用いているため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のない極端紫外領域のシード型FELの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.2nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。開発したシード型FELのレーザー光を応用実験に用いるためには、高次高調波と電子ビームのタイミングドリフトとジッターを低減し、高安定にビーム供給する必要がある。このため、Electro-Optic(EO)法を用いて、タイミングドリフトとジッターを計測する手法の開発にも取り組んでいる。今回、EO法に使用する結晶の検討を行った結果を発表する。

論文

コンジョイント分析によるエネルギー技術特性評価手法の開発

日渡 良爾*; 岡野 邦彦*; 朝岡 善幸*; 長野 浩司*; 小川 雄一*; 加藤 尊秋*; 飛田 健次; 乗松 孝好*

電力中央研究所報告(L07012), P. 34, 2008/07

エネルギーシステムの社会受容性の評価においては、各エネルギーシステムの得失を公衆の視点から数値化し、定量的に比較することが望まれる。この目的のため、コンジョイント分析に基づくエネルギー技術の特性評価手法を開発した。1600人を越えるボランティアから得た数千組の選択実験の回答結果から、資源量,CO$$_{2}$$排出等の環境負荷,供給安定性,安心感,経済性,その他の特性の価値を統計的手法で分析した。この研究で得られた方法論はエネルギー技術を共通基準のもとで定量的に評価する第一段階となるもので、現在考慮されていない要素(例えば、廃棄物の発生)を含めた体系化が今後の課題である。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,22

竹永 秀信; 小川 雄一*; 滝塚 知典; 矢木 雅敏*; 山田 弘司*; 坂本 宜照; 東井 和夫*; 福田 武司*; 福山 淳*; 藤田 隆明; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 84(7), p.465 - 467, 2008/07

2008年の春季に、ITPAに関する5つの会合が開催された。「閉じ込めデータベースとモデリング」と「輸送物理」の2会合は、オークリッジ国立研究所で行われ、グループ間の合同会合も多数開かれた。「MHD」の会合は日本原子力研究開発機構の那珂核融合研究所で開催され、日本側参加者は30名を超えた。「周辺及びペデスタルの物理」の会合は、サンディエゴのジェネラルアトミックス社で行われた。「定常運転」の会合は、ケンブリッジのマサチューセッツ工科大学で行われた。次回会合は、「輸送物理」「閉じ込めデータベースとモデリング」と「周辺及びペデスタルの物理」が合同で2008年10月20-23日(「周辺及びペデスタルの物理」は10月20-22日)にイタリアのミラノで、「MHD」と「定常運転」が合同で2008年10月20-22日にスイスのローザンヌにて開催される予定である。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,20

藤田 隆明; 福田 武司*; 福山 淳*; 坂本 宜照; 東井 和夫*; 小川 雄一*; 竹永 秀信; 滝塚 知典; 矢木 雅敏*; 山田 弘司*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 84(1), p.70 - 72, 2008/01

2007年の秋季に、国際トカマク物理活動に関する上記4つの会合が開催された。「輸送物理」,「閉じ込めデータベースとモデリング」,「周辺及びペデスタルの物理」の3会合は、那珂核融合研究所にて行われ、グループ間の合同会合も多数開かれた。日本の参加者は44名に上った。「MHD」の会合は、ガルヒン(ドイツ)のマックスプランク研究所で行われた。次回会合は、2008年の春に「輸送物理」と「閉じ込めデータベースとモデリング」が合同でオークリッジ国立研究所(米国)で、「周辺及びペデスタルの物理」がサンディエゴ(米国)のGeneral Atomic社で、「MHD」は那珂核融合研究所で開催の予定である。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,19

笹尾 真実子*; 草間 義紀; 河野 康則; 川端 一男*; 間瀬 淳*; 杉江 達夫; 藤田 隆明; 福田 武司*; 福山 淳*; 坂本 宜照; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 83(9), p.779 - 782, 2007/09

2007年春季に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の7つのトピカルグループ(TG)会合の報告である。各会合では、国際熱核融合実験炉(ITER)等の燃焼プラズマ実験における重要度の高い物理課題に関して、議論・検討が行われた。日本からの参加者数は27人であった。以下に、TGごとの開催日程及び開催地を示す。(1)計測TG:3月26日-30日、プリンストン(米国),(2)輸送物理TG:5月7日-10日、ローザンヌ(スイス),(3)閉じ込めデータベースとモデリングTG:5月7日-10日、ローザンヌ(スイス),(4)周辺及びペデスタルの物理TG:5月7日-10日、ガルヒン(ドイツ),(5)定常運転TG:5月9日-11日、大田(韓国),(6)MHD TG:5月21日-24日、サンディエゴ(米国),(7)スクレイプオフ層及びダイバータ物理TG:5月7日-10日、ガルヒン(ドイツ)。

論文

カラー図解,プラズマエネルギーのすべて

高村 秀一*; 門 信一郎*; 藤井 隆*; 藤山 寛*; 高部 英明*; 足立 和郎*; 森宮 脩*; 藤森 直治*; 渡辺 隆行*; 林 泰明*; et al.

カラー図解,プラズマエネルギーのすべて, P. 164, 2007/03

核融合並びにプラズマに興味を持ってもらい、またその有用性,将来性を広く理解してもらうための一般向け解説書として、プラズマ・核融合学会の企画(日本実業出版社から出版予定)に共同執筆で出版するものである。読者の対象範囲は、理科に興味を持つ高校生,大学生・一般社会人,ある種のプラズマに仕事で関連している人で、他分野からのヒントを求める人など、広い層に読んでもらえることを想定している。(目次:はじめに/プラズマってなんだ?/プラズマ技術のひろがり/実験室の超先端プラズマ/核融合プラズマエネルギーとは?/プラズマエネルギーへの道/核融合プラズマエネルギー発電所を目指して/プラズマエネルギーと未来社会)

論文

Measurement and analysis of the fluctuations and poloidal flow on JFT-2M tokamak

星野 克道; 井戸 毅*; 永島 芳彦*; 篠原 孝司; 小川 宏明; 神谷 健作; 川島 寿人; 都筑 和泰*; 草間 義紀; 大麻 和美; et al.

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

JFT-2Mトカマクでのプラズマポテンシャルや密度の揺動とポロイダル流の研究について発表する。測地的音波モード(GAM)を同定し、その電場構造を明らかにした。GAMは背景乱流と3波相互作用をし、ドリフト波-帯状流理論と整合することを明らかにした。さらにGAMは背景密度揺動を変調し、揺動抑制は流速の方向や勾配に依存するという動的性質をもち理論と整合する。Hモード中は負電場が形成され、乱流の抑制によるGAMの消滅がある。周辺輸送障壁に帯状流があるかどうかは興味深い。そこで、Hモード中の低周波ポテンシャル揺動に着目しウェーブレット解析を行い、ごく低周波(数百Hz)領域にLモード時やELM時に消滅する特徴的ポテンシャル揺動を見いだした。ポロイダル流と揺動の抑制は強く関係するが、Hモードの径電場は、GAM径電場の約20倍程度でありポロイダル流も強い。定常帯状流はGAMと異なり、周波数がゼロで揺動観測にかからないはずであるが、ポテンシャル構造の不均一性がある場合は流速から、その周波数は数百Hzと近い。この低周波静電揺動が径電場流や帯状流に由来する可能性があると考えられる。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,18

川端 一男*; 河野 康則; 草間 義紀; 間瀬 淳*; 笹尾 真実子*; 杉江 達夫; 藤田 隆明; 福田 武司*; 福山 淳*; 坂本 宜照; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 83(2), p.195 - 198, 2007/02

2006年の秋季にITPA(国際トカマク物理活動)に関する7つの会合が開催された。「輸送物理」,「閉じ込めデータベースとモデリング」,「周辺及びペデスタルの物理」,「定常運転」,「MHD」の5会合は、中国の成都にて「第21回IAEA核融合エネルギー会議」に引き続いて行われ、トピカルグループ間の合同会合も多数開かれた。国際装置間比較実験の結果報告のほか、国際熱核融合実験炉(ITER)のデザインレビューに関して、現状の設計への問題提起と解決策の検討を整理するためまとめられているITER Issue Cardについて活発な議論が行われた。日本の参加者は27名に上った。また、「計測」の会合は、東北大学で、「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」の会合は、カナダのトロント大学で行われた。

論文

JT-60共同研究の進展

木村 晴行; 犬竹 正明*; 菊池 満; 小川 雄一*; 鎌田 裕; 小関 隆久; 内藤 磨; 高瀬 雄一*; 井手 俊介; 長崎 百伸*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 83(1), p.81 - 93, 2007/01

JT-60公募型研究協力(以下、共同研究)は平成11年度から開始され、特に、平成15年1月にJT-60がトカマク国内共同研究の中核装置に位置づけられて以来、共同企画・共同研究の運営体制の構築とともに、研究課題数,研究協力者数が顕著に増加した。共同研究の成果の発表件数はJT-60全体の20-30%を占める。ブートストラップ電流による中心ソレノイド無し運転,電子サイクロトロン波によるMHD不安定性制御,プラズマ・壁相互作用,先進レーザー技術のプラズマ計測への応用,トカマクとヘリカルの比較研究などに、顕著な成果が上がっている。これらJT-60共同研究の全体像につき解説する。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,17

朝倉 伸幸; 加藤 隆子*; 仲野 友英; 高村 秀一*; 田辺 哲朗*; 飯尾 俊二*; 中島 徳嘉*; 小野 靖*; 小関 隆久; 武智 学; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 82(7), p.448 - 450, 2006/07

2006年の1月から4月にかけて開催されたITPA(国際トカマク物理活動)の7つのトピカル物理グループ(「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」,「MHD」,「周辺及びペデスタルの物理」,「定常運転」,「計測」,「輸送物理」,「閉じ込めデータベースとモデリング」)の会合に関する報告である。7つの会合を合わせて、原子力機構から担当委員12名が参加するとともに、委員外4名が発表を行った。磁場リップル低減のためのフェライト鋼装着後のプラズマ性能の向上等のJT-60の実験結果が報告された。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,16

坂本 宜照; 東井 和夫*; 福田 武司*; 福山 淳*; 藤田 隆明; 小川 雄一*; 滝塚 知典; 竹永 秀信; 矢木 雅敏*; 山田 弘司*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 82(2), p.109 - 110, 2006/02

2005年の秋季に、国際トカマク物理活動に関する4つの会合が開催された。「輸送物理」,「閉じ込めデータベースとモデリング」,「周辺及びペデスタルの物理」の3会合は、サンクトペテルブルグのHotel Moscowにて「Hモード及び輸送障壁に関するIAEA技術会合」に引き続いて行われ、グループ間の合同会合も多数開かれた。日本の参加者は16名に上った。「定常運転」の会合は、サンディエゴのGeneral Atomic社で行われた。次回会合は、「輸送物理」と「閉じ込めデータベースとモデリング」が合同で2006年4月24$$sim$$27日に米国のプリンストンプラズマ物理研究所で、「周辺及びペデスタルの物理」が4月10$$sim$$12日に米国のマサチューセッツ工科大学で、「定常運転」は4月10$$sim$$13日に日本原子力研究開発機構で開催の予定である。

論文

発電実証プラントに向けたITER並びに炉心プラズマ研究

鎌田 裕; 嶋田 道也; 三浦 幸俊; 小川 雄一*

プラズマ・核融合学会誌, 81(11), p.849 - 862, 2005/11

「小特集 2050年にトカマク型実用核融合プラントを稼動させるために」の第3章として、核融合発電実証プラントの開発に向けて必要な炉心プラズマ研究を概説する。燃焼プラズマとは、高エネルギーアルファ粒子による自己加熱が支配的な自律系であり、これは、現在までの実験で得られているプラズマとは質的に異なる。ITERによる研究は、この燃焼プラズマ研究という新たな領域を拓くものである。これに加えて、定常高ベータプラズマの開発は、核融合発電実証プラントの経済性の観点から特に重要である。核融合発電実証プラントに求められるプラズマの総合的性能を示し、それに対する現在までの達成度,ITER及びそれと平行する研究開発に関して概説する。

論文

Observation of nonlinear coupling between small-poloidal wave-number potential fluctuations and turbulent potential fluctuations in Ohmically heated plasmas in the JFT-2M tokamak

永島 芳彦*; 星野 克道; 江尻 晶*; 篠原 孝司; 高瀬 雄一*; 都筑 和泰; 上原 和也; 川島 寿人; 小川 宏明; 井戸 毅*; et al.

Physical Review Letters, 95(9), p.095002_1 - 095002_4, 2005/08

 被引用回数:93 パーセンタイル:6.37(Physics, Multidisciplinary)

JFT-2Mトカマクのオーム加熱プラズマの周辺部で、高速駆動静電プローブにより、ポテンシャル揺動スペクトルを測定した。その結果、二種類のコヒーレントな静電揺動(約1kHzと10-15kHz)を初めて見いだした。これらのモードは、最外殻磁気面の内側に存在する。このうちの高周波のモードは測地的音波(GAM)の特徴を有する。しかし低周波のモードは測地的音波かどうか不明である。バイスペクトル解析により、これらの静電揺動と背景乱流揺動にはパラメトリック変調的な非線形結合がみられることがわかった。すなわち、高周波のGAMモードや背景乱流はこの低周波のモードで変調を受けている(さらに背景乱流はGAMモードからも変調されている)ことを初めて見いだし、この低周波モード(周波数約1kHz)が非線形的に乱流輸送に影響を与えていると推定されることを初めて示した。

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