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論文

Optimization of the viewing chord arrangement of the ITER poloidal polarimeter

山口 太樹; 河野 康則; 藤枝 浩文; 栗原 研一; 杉原 正芳*; 草間 義紀

Plasma Physics and Controlled Fusion, 50(4), p.045004_1 - 045004_15, 2008/04

国際熱核融合実験炉(ITER)における安全係数の分布計測にポロイダル偏光計測装置が用いられる。ポロイダル偏光計測装置は、レーザー光をプラズマ中に入射し、透過レーザー光の偏光面のファラデー回転角を検出するものであるが、ポート部の幾何学的な形状からレーザー視線数は15チャンネル程度に制限される。本研究では、十分な精度で安全係数分布を得るため、限られた視線数の最適配置に関する研究を行った。最外殻磁気面形状とポロイダル偏光計測装置のみの情報から安全係数分布を同定可能な平衡再構築コードを開発し、ITER運転シナリオとして予測されている平衡に対し再構築を行った。その結果、誘導運転シナリオの燃焼フェーズを解析対象とした場合、プラズマ周辺に視線がない場合には磁気軸での安全係数に35%の誤差が生じたが、上部ポートの視線をプラズマ周辺領域に配置することにより、3%の誤差にまで改善した。この視線配置を非誘導運転シナリオの燃焼フェーズ及び誘導運転シナリオのプラズマ電流3.5MAフェーズに適用した場合にも、大きな精度の劣化が生じないことを示した。

論文

Optimization of the viewing chord arrangement of the ITER poloidal polarimeter

山口 太樹; 河野 康則; 藤枝 浩文; 栗原 研一; 杉原 正芳*; 草間 義紀

Plasma Physics and Controlled Fusion, 50(4), p.045004_1 - 045004_15, 2008/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:60.39(Physics, Fluids & Plasmas)

国際熱核融合実験炉(ITER)のプラズマ中心部における安全係数分布の計測にポロイダル偏光計測装置が用いられる予定である。本研究では、精度の良い安全係数分布を同定するために適したポロイダル偏光計側装置の視線配置について、平衡再構築コードを用いた評価・検討を行った。平衡再構築コードは本研究で開発したものであり、ポロイダル偏光計測装置の計測データのみを用いてプラズマ内部の磁気面分布を評価することが可能であるという特長を持つ。結果として、ITER運転シナリオとして予測されている3つの平衡(誘導運転シナリオの燃焼フェーズ,非誘導運転シナリオの燃焼フェーズ及び誘導運転シナリオのリミターフェーズ)のそれぞれに対する最適な視線配置を得ることができ、プラズマ中心部における安全係数分布の精度として3%以内が見込まれた。さらに、誘導運転シナリオの燃焼フェーズに最適化した視線配置を他の平衡に適用し、それぞれの平衡に最適化した視線配置を用いた場合と比較して、大きな精度の劣化が生じないことを示した。誘導運転シナリオの燃焼フェーズに最適化した視線配置は、ITERポロイダル偏光計側装置の有望な視線配置であると言える。

報告書

Sensitivity study of the ITER poloidal polarimeter

山口 太樹; 河野 康則; 草間 義紀

JAEA-Research 2007-078, 43 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2007-078.pdf:8.92MB

プラズマコア部の電流分布(安全係数分布)の計測を目的として、国際熱核融合実験炉(ITER)にポロイダル偏光計測装置が設置される予定である。本研究では、ITER用ポロイダル偏光計測装置の視線最適化の研究として、視線位置のトロイダル電流分布に対する感度を明らかにした。本研究では、トロイダル電流だけに依存したファラデー回転角度を新しい指標とした解析方法を提案した。この指標を用いた評価により、中心電流密度,有限ベータ効果及び凹状の電流分布を持つ負磁気シアプラズマにおける中心電流密度と最大電流密度の比に対して感度の高い視線配置を明らかにした。次に、ITERの運転シナリオに対して感度の高い視線配置案を提案した。この視線配置案では、トロイダル電流だけに依存したファラデー回転角度の分布形状を典型的に表す視線が選択された。

論文

Sensitivity study for the optimization of the viewing chord arrangement of the ITER poloidal polarimeter

山口 太樹; 河野 康則; 草間 義紀

Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1112_1 - S1112_4, 2007/11

国際熱核融合実験炉(ITER)におけるプラズマ電流分布計測にポロイダル偏光計測装置が用いられる。ポロイダル偏光計測装置は、レーザー光をプラズマ中に入射し、透過レーザー光の偏光面のファラデー回転角を検出するものであるが、ポート部の幾何学的な形状からレーザー視線数は15チャンネル程度に制限される。したがって、十分な精度でプラズマ電流分布が得られるよう、限られた視線数を最適に配置することが求められる。しかし、平衡再構築法によってプラズマ電流分布の同定精度を評価し、全パターンの視線配置を評価することは現実的に不可能である。そこで、本研究ではMHD平衡解析コードを用いたセンシティビティスタディにより、平衡再構築法で評価する視線配置を絞り込むことを目的とする。本研究では、従来報告されている正磁気シアプラズマに対するセンシティビティに加え、ベータ値の変化に起因したプラズマ電流分布の変化や、負磁気シアにおけるプラズマ電流分布の変化に対するセンシティビティを新たに示した。これらのセンシティビティをもとに、平衡再構築法で評価する視線配置のパターンを挙げる。

口頭

Consideration of the viewing chord geometry for the ITER poloidal polarimeter

山口 太樹; 河野 康則; 草間 義紀

no journal, , 

国際熱核融合実験炉ITERにおけるコア部のプラズマ電流分布計測にポロイダル偏光計測装置が用いられる。ポロイダル偏光計測装置は、レーザー光をプラズマ中に入射し、透過レーザー光の偏光面のファラデー回転角を検出するものであるが、ポート部の幾何学的な形状からレーザー視線数は15チャンネル程度に制限される。したがって、十分な精度でプラズマ電流分布が得られるよう、限られた視線数を最適に配置することが求められる。視線最適化のため、まず、どのような視線がどのようなプラズマ電流分布の情報に対して敏感であるか、又は鈍感であるかを把握し、次の段階として、その知見のうえで視線配置に対するプラズマ電流分布の精度を評価する。本講演は前者に関する研究報告である。従来、正磁気シアプラズマにおいてプラズマ中心付近を通る水平ポート視線が中心プラズマ電流密度に対して敏感であるとの報告があるが、ベータ値の変化や負磁気シアに対するセンシティビティについては明らかにされておらず、また周辺視線や上部ポート視線の役割についても明確にされていなかった。本研究では、ベータ値の変化に起因したプラズマ電流分布の変化に対して、水平ポートのプラズマ中心付近視線は鈍感であるが、上部ポート視線が敏感であること、また、負磁気シアにおけるプラズマ電流分布の変化に対して、プラズマ中心付近と周辺部の視線の組合せがその検出に効果的であることを電磁流体力学的平衡解析の基に示した。

口頭

ITERポロイダル偏光計測装置の概念設計

河野 康則; 山口 太樹; 草間 義紀; 平松 美帆*; 清原 元輔*

no journal, , 

国際熱核融合実験炉ITERの基幹計測装置の一つであるポロイダル偏光計測装置は、日本が調達する見込みとなっており、原子力機構ではその概念設計に着手した。ポロイダル偏光計測装置では、遠赤外レーザ光(波長$$sim$$118ミクロン)のファラデー回転角測定に基づきプラズマの内部磁場のポロイダル成分を求め、これより主としてプラズマ中心部での電流密度分布(安全係数分布)を算出する。講演では、これまでに行った概念設計活動の成果を中心に報告する。主な内容は以下の通り。(1)計測視線配置:磁気シア形状やベータ値が変化する場合でも精度よく電流密度分布を得られるように、計測視線配置の最適化検討を行った。(2)光学機器配置:ITERでは、ポートプラグと呼ばれる中性子遮蔽を兼ねた箱型形状の構造体を介してプラズマ中にレーザ光を入射する。ポートプラグの内部における、第一ミラー,第二ミラーなどの光学機器配置について検討を進めた。(3)プラズマ対向ミラー:プラズマに面するミラーには、前出の第一ミラー及びリトローリフレクターがある。それぞれモリブデン製ミラーの試作を行い、その製作性と光学特性を評価した。

口頭

LHDダイバータ放電におけるベータ値上昇時の実効的プラズマ境界の変化

渡邊 清政*; 鈴木 康浩*; 山口 太樹; 成原 一途*; 田中 謙治*; 徳沢 季彦*; 山田 一博*; 榊原 悟*; 森崎 智宏*; 中島 徳嘉*; et al.

no journal, , 

プラズマ境界の位置,形状の同定は、実験で得られているMHD平衡配位の同定のために重要である。しかし、対称性のないヘリカル系プラズマでは厳密な意味での磁気面は存在しない。プラズマ境界の一つの指標として、真空磁場における"OMFS(最外殻磁気面;きれいに閉じた最大の磁気面)"が用いられることがあるが、ダイバータ配位においては、ベータ値が低い場合でも"OMFS"の外のストキャスティック領域で有意なプラズマ圧力が観測されている。以上のような理由で、ヘリカルダイバータ配位プラズマにおいてベータ値が有限な場合の境界同定手法は確立していない。本論では、ダイバータ配位のヘリオトロンプラズマのコア領域のMHD平衡配位を同定する観点から、計測結果と矛盾の少ないプラズマ境界位置,形状を同定する手法を確立することを目的とし、LHD実験において実効的な「プラズマ境界」位置を電子温度,電子密度分布計測から同定し、それがベータ値の上昇とともにどのように変化するかを調べた。その結果を入れ子状の磁気面の存在を前提にしない実座標3次元MHD平衡コードHINTによる解析結果と比較して得られた結果について報告する。

口頭

Mapping of flux quantities in the high beta heliotron plasmas

渡邊 清政*; 山口 太樹; 成嶋 吉朗*; 榊原 悟*; 鈴木 康浩*; 中村 祐司*; 舟場 久芳*; 中島 徳嘉*; LHD実験グループ*

no journal, , 

環状高温プラズマにおいて、各種のプラズマパラメータを磁気面上にマッピングし、磁気面関数に変換することは、MHD不安定性特性や輸送特性等の研究を行う際に重要である。実験における厳密なMHD平衡が同定されている場合には、同定結果として得られる磁気面分布をもとにマッピングを行うことができるが、ヘリオトロンプラズマにおいては、プラズマ境界の同定が非常に困難であることから高ベータプラズマのMHD平衡の同定法は確立していない。ここで、輸送解析に必要なMHD平衡データは、磁気面形状,回転変換分布,実効ヘリカルリップル,トロイダルリップルであり、このような磁場配位の情報を知るだけであれば、厳密なMHD平衡の同定を必要としない。このような観点から、LHDにおける輸送解析として次のようなマッピング手法を提案する。(1)実座標3次元MHD平衡コードHINTを用い、無電流でベータ値,圧力分布をサーベイした平衡データベースを作成する。(2)電子温度分布計測データに最もよく一致する平衡データを選び、回転変換分布以外の磁場配位の情報を輸送解析に用いる。(3)輸送解析に必要な回転変換分布としては、MSEによる計測データ又は理論予測データを用いる。

口頭

ITERポロイダル偏光計側装置における平衡再構築に基づく視線最適化

山口 太樹; 河野 康則; 藤枝 浩文; 栗原 研一; 杉原 正芳*; 草間 義紀

no journal, , 

近年、トカマクプラズマの電磁流体力学的(MHD)安定性や閉じ込めの研究においては、安全係数分布の同定及び制御を行うことが重要となっている。国際熱核融合実験炉(ITER)においても、プラズマ中心部における安全係数分布の計測のためにポロイダル偏光計側装置が設置される予定である。これまで、十分な精度で安全係数分布を同定するためのポロイダル偏光計側装置のレーザ視線配置について、幾つかの知見は得られているものの、具体的な視線配置や定量的な精度については明らかになっていない。本研究では、平衡再構築コードによる安全係数分布の同定精度の評価をもとに、最適な視線配置を得ることを目的としている。ポロイダル偏光計側装置の測定データに強く依存する平衡再構築コードを開発し、これを用いてITER運転シナリオの平衡再構築を行った。上部ポート視線をプラズマ周辺領域に配置するなどの最適化を行った結果、正磁気シアプラズマ,負磁気シアプラズマ及びリミタープラズマといった代表的なITER運転シナリオに対して、良好な精度($$sim$$6%)が見込まれる視線配置を得た。

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