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論文

Frontier in fusion research, 2; Introduction to modern tokamak physics

菊池 満; 安積 正史*

Frontiers in Fusion Research, 2; Introduction to Modern Tokamak Physics, 402 Pages, 2015/09

本書は、レビューオブモダンフィジックスに2012年に刊行した論文を基礎として現代トカマクプラズマ物理学を記述した大学院生及び研究者向けの教科書である。

論文

Perspective of negative triangularity tokamak as fusion energy system

菊池 満; Medvedev, S.*; 滝塚 知典*; Fasoli, A.*; Wu, Y.*; Diamond, P. H.*; Duan, X.*; 岸本 泰明*; 花田 和明*; 他41名*

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 39E, p.P4.179_1 - P4.179_4, 2015/06

核融合炉における熱粒子制御は挑戦的課題である。定常的な熱負荷とエルムによる過渡的熱負荷を緩和する新しい方策として負三角度トカマクを評価している。これまで、負三角度は磁気丘であるにもかかわらず、ダブルヌルでは炉に使えるレベルの規格化ベータ値3以上が安定であることを見いだしている。本論文では、シングルヌル平衡配位とその理想電磁流体安定性を報告する。

論文

A Possible breakthrough of power handling by plasma shaping in tokamak

菊池 満; Fasoli, A.*; 滝塚 知典*; Diamond, P. H.*; Medvedev, S.*; Wu, Y.*; Duan, X.*; 岸本 泰明*; 花田 和明*; Pueschel, M. J.*; et al.

Proceedings of 8th IAEA Technical Meeting on Steady State Operation of Magnetic Fusion Devices (CD-ROM), 20 Pages, 2015/05

D型形状でHモード運転の標準的なトカマクは優れた閉じ込め性能を示すものの、過渡的、定常的な熱負荷の問題で大きな課題を持っている。これらを解決する方法として将来を見据えた幅ひろい考え方として形状制御を用いて熱制御を緩和する方式について講演する。

論文

Plasma physics; A Frontier in science of matter

菊池 満

AIP Conference Proceedings 1588, p.39 - 54, 2014/03

 パーセンタイル:100

第4回先端物理学国際会議(IMFP 2013)組織委員会の要請に基づき、プラズマ物理学に関する基調講演(8名)を行う。核融合プラズマを実現することを目的としてプラズマ物理学は大きな進歩を遂げた。一方で、プラズマ物理学は、天文プラズマ(宇宙論,太陽,惑星宇宙空間)、レーザープラズマ(加速器を含む)、プラズマプロセスなど多くの分野における基礎科学としての位置を獲得しつつある。例えば、核融合分野で開発された第一原理ジャイロ運動論シミュレーションは、天文学への応用が進んでいるし、力学平衡の問題は地球磁気圏の問題に応用されている。本講演では、プラズマ物理学の種々の応用分野のトピックスと基礎となる物理の一端をレビューする。

論文

Negative triangularity as a possible tokamak scenario

菊池 満; 滝塚 知典*; 古川 勝*

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015014_1 - 015014_4, 2014/03

近年、Goldston教授が明らかにしたSOL熱流幅の比例則はITERや原型炉の熱制御に対して厳しい予測を与える。これは、近年滝塚によって調べられたSOL流の加速機構によってもたらされていると考えられる。この加速機構は逆D形状にすることによって大幅に低減できると予想される。逆D形状プラズマはトロイダルTEMの固有関数構造が強くねじれ、旦流輸送が減ることも予想されることからスイスのTCVトカマクではLモードでもLモードの2倍の閉じ込めを得ている。これらを踏まえ逆D配位の炉への適用可能性について講演する。

論文

Hydrogen isotope effects on ITG scale length, pedestal and confinement in JT-60 H-mode plasmas

浦野 創; 滝塚 知典*; 相羽 信行; 菊池 満; 仲野 友英; 藤田 隆明; 大山 直幸; 鎌田 裕; 林 伸彦; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 53(8), p.083003_1 - 083003_8, 2013/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:26.34(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて軽水素・重水素Hモードプラズマのエネルギー閉じ込め特性を調べた。重水素のエネルギー閉じ込め時間は軽水素のそれより約1.2-1.3倍長いことがわかった。プラズマ熱エネルギーを一定にした比較を行った場合、密度・温度分布が両者で一致したが、一方で軽水素時には高パワー入力を要した。そのときの軽水素のイオンの熱伝導流束は重水素時の約2倍であった。したがって、軽水素のイオン熱拡散係数も同様に約2倍に増加した。重水素のイオン温度勾配特性長は軽水素時と比較して約1.2倍程度短くなることを示した。また、ペデスタル圧力は水素同位体種によらず全ポロイダルベータによって決まることを示した。コア部の温度分布はペデスタル温度が境界条件となって決まり、一方でペデスタル圧力は全ポロイダルベータで決まるため、重水素時の短いITGスケール長によるコア部の高温化がコア部及びペデスタル部を含めた全領域での閉じ込め改善を引き起こしていることを示した。

論文

The Nuclear Fusion Award

菊池 満

Nuclear Fusion, 53(2), P. 020402_1, 2013/03

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

Nuclear Fusion編集ボードを代表して2011年と2012年のNuclear Fusion賞受賞者を紹介する。これまでの受賞者は、Dr T. Luce (2006), C. Angioni (2007), T. Evans (2008), S. Sabbagh (2009)とJ. Rice (2010)である。2011年の受賞者は、浦野創氏でペデスタル幅に関する研究で、アジアで初めての受賞。2012年の受賞者は、P. Diamond教授で、自発回転に関する理論的研究で、理論分野で初めての受賞である。

論文

黎変研究物理

菊池 満

黎変研究物理, 168 Pages, 2013/03

2009年に京都大学学術出版会から出版した「物理学と核融合」は2011年にSpringer Verlag Londonから英語版を出版している。今回、中国科学アカデミー科学出版社より、中国語版の出版依頼があり、出版するものである。

論文

Dependence of heat transport and confinement on isotopic composition in conventional H-mode plasmas in JT-60U

浦野 創; 滝塚 知典*; 菊池 満; 仲野 友英; 藤田 隆明; 大山 直幸; 鎌田 裕; 林 伸彦; JT-60チーム

Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/01

JT-60Uにおいて軽水素・重水素Hモードプラズマのエネルギー閉じ込め特性を調べた。重水素のエネルギー閉じ込め時間は軽水素のそれより約1.2-1.3倍長いことがわかった。プラズマ熱エネルギーを一定にした比較を行った場合、密度・温度分布が両者で一致したが、一方で軽水素時には高パワー入力を要した。そのときの軽水素のイオンの熱伝導流束は重水素時の約2倍であった。したがって、軽水素のイオン熱拡散係数も同様に約2倍に増加した。重水素のイオン温度勾配特性長は軽水素時と比較して約1.2倍程度短くなることを示した。

論文

Steady-state tokamak research; Core physics

菊池 満; 安積 正史*

Reviews of Modern Physics, 84(4), p.1807 - 1854, 2012/12

 被引用回数:33 パーセンタイル:13.86(Physics, Multidisciplinary)

トカマク型核融合方式は、変流器の原理を用いているため、自発電流などを用いた非誘導電流駆動を用いて連続運転を行う研究開発が重要である。著者が1990年に提案した自発電流を用いた定常化研究の20年間の研究の成果を理論的な背景を中心にレビューを記載した論文であり、Reviews of Modern Physicsに投稿するものである。

論文

Small ion-temperature-gradient scale length and reduced heat diffusivity at large hydrogen isotope mass in conventional $$H$$-mode plasmas

浦野 創; 滝塚 知典*; 菊池 満; 仲野 友英; 林 伸彦; 大山 直幸; 鎌田 裕

Physical Review Letters, 109(12), p.125001_1 - 125001_5, 2012/09

 被引用回数:13 パーセンタイル:31.02(Physics, Multidisciplinary)

標準的Hモードプラズマにおけるイオン温度勾配特性長に対する水素同位体質量依存性をJT-60Uトカマクで調べた。軽・重水素プラズマで同一の密度・温度分布が得られたが、同一の熱化蓄積エネルギーを維持するために必要な軽水素時のイオン熱伝導流束は重水素時に対して2倍となった。同時に、同一のイオン温度勾配特性長に対して軽水素時のイオン熱拡散係数は重水素時の2倍であった。イオン熱拡散係数同一の条件下では、重水素時のイオン温度勾配特性長は軽水素時のそれよりも短くなることがわかった。

論文

Collisionality dependence of a shielding factor of a beam driven current

本多 充; 菊池 満; 安積 正史*

Nuclear Fusion, 52(2), p.023021_1 - 023021_12, 2012/02

 被引用回数:16 パーセンタイル:28.38(Physics, Fluids & Plasmas)

The collisionality dependence on a shielding factor of a neutral beam driven current, which is generally neglected for most models currently used, is shown to be important especially for plasma parameters comparable to those of present-day tokamak experiments. Here, the shielding factor is defined as the ratio of the beam driven current to the fast-ion circulating current. An addition of friction coefficients involving beam ions to the matrix inversion method based on the moment approach readily makes it possible to estimate the collisionality-dependent shielding factor. The collisionality-dependent models proposed coincide with the collisionless model in the collisionless limit. They clearly elucidate the strong dependence of the shielding factor on collisionality: Increasing collisionality certainly decreases the shielding factor. This finding indicates that using a collisionless model always overestimates a beam driven current, more or less.

論文

1st Asia-Pacific Transport Working Group (APTWG) Meeting

居田 克巳*; Dong, J. Q.*; 菊池 満; Kwon, J. M.*; Diamond, P. H.*

Nuclear Fusion, 52(2), p.027001_1 - 027001_10, 2012/02

本会議報告は、2011年6月14-17日に土岐で開催された第1回アジア・太平洋輸送作業部会での発表と議論をまとめたものである。本会議のトピックスは運動量輸送,非局所輸送,周辺乱流とL-H遷移,輸送の3次元効果である。本会合での始められた活動も記載した。

論文

Energy confinement characterization of hydrogen and deuterium H-mode plasmas in JT-60U tokamak

浦野 創; 滝塚 知典*; 菊池 満; 仲野 友英; 藤田 隆明; 林 伸彦; 大山 直幸; 鎌田 裕; JT-60チーム

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 36F, p.P1.016_1 - P1.016_4, 2012/00

JT-60Uにおいて軽水素・重水素Hモードプラズマのエネルギー閉じ込め特性を調べた。重水素のエネルギー閉じ込め時間は軽水素のそれより約1.2-1.3倍長いことがわかった。プラズマ熱エネルギーを一定にした比較を行った場合、密度・温度分布が両者で一致したが、一方で軽水素時には高パワー入力を要した。そのときの軽水素のイオンの熱伝導流束は重水素時の約2倍であった。したがって、軽水素のイオン熱拡散係数も同様に約2倍に増加した。重水素のイオン温度勾配特性長は軽水素時と比較して約1.2倍程度短くなることを示した。

論文

Fusion physics

菊池 満; Lackner, K.*; Tran, M. Q.*

Fusion Physics, 1129 Pages, 2012/00

核融合研究開発50周年を記念してIAEAより出版する核融合物理に関する1200ページに及ぶ教科書である。1章から10章まで世界各国の代表的な研究者が執筆を行っている。1章:Kaw教授、2章:Goldston教授、3章:Lackner教授、4章:Zaveryaev博士、5章:菊池,奥村、6章:Porkolab教授、7章:Li教授、8章:Wagner教授、9章:Prager教授、10章:三間教授。菊池、K. Lackner、M. Q. Tranが編集者を務めた。

論文

Fundamental welding R&D results for manufacturing vacuum vessel of JT-60SA

浅野 史朗*; 奥山 利久*; 大縄 登史男*; 柳 寛*; 江尻 満*; 金原 利雄*; 市橋 公嗣*; 菊池 淳史*; 水牧 祥一*; 正木 圭; et al.

Fusion Engineering and Design, 86(9-11), p.1816 - 1820, 2011/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:30.67(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA真空容器の実機製作が2009年11月より東芝にて開始されている。製作に先立ち、溶接要素のR&Dを三段階で実施している。第一段階として溶接法のスクリーニングを行った。第二段階として、直線及び曲線部について1m規模の試作を経て、溶接電圧及び電流、施工時の被溶接体設置精度、溶接手順、開先形状等の条件に起因する溶接変形と品質の依存性を精査した。さらに、低入熱での溶接条件を精査した。最終段階として、製作手順の確立として20度セクター上半分のモックアップを試作し、既に確認している。本発表では、特に第一段階と第二段階でのR&Dの結果を中心に説明する。

論文

Physics of plasma control toward steady-state operation of ITER

菊池 満; Campbell, D. J.*

Fusion Science and Technology, 59(3), p.440 - 468, 2011/04

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

ITERは人類による核融合エネルギーの利用に向けた重要なステップである。トカマクシステムやプラズマ制御のみならず、その物理の基本的な理解が極めて重要である。本講義では本スクールの主テーマであるプラズマ制御に照らしてトカマク研究とITERの導入を行うとともに、トカマク炉の定常運転の背景にある物理要素について講義を行う。

論文

Frontier in fusion research; Physics and fusion

菊池 満

Frontiers in Fusion Research; Physics and Fusion, 270 Pages, 2011/03

本書は、核融合とプラズマ閉じ込めの最新の物理原理を系統的に記述することを意図している。大学において、量子力学や解析力学の一般課程を学んだ学生は理解できるようにしてあり、将来の職場として興味を持つかもしれない。他分野の研究者におかれては、1958年以降、50年間に系統化されてきた磁場核融合の科学原理との共通性と違いを見いだしていただければ幸いである。

論文

Physics of steady-state operation of tokamaks

菊池 満

Proceedings of 6th IAEA Technical Meeting on Steady State Operations of Magnetic Fusion Devices (CD-ROM), 12 Pages, 2010/12

定常運転は、20年以上に渡ってトカマクの重要な研究テーマであった。高効率定常運転の主要な観点は、自発電流の最大限の利用である。自発電流割合はポロイダルベータに比例するので、炉は高ポロイダルベータ領域で運転する必要がある。そのシナリオは、壁安定化を必要とする。わずかなトロイダル回転がRWMの安定化に重要なので、トロイダル回転が注目を浴びている。本論文では、磁気面上の一次流れの構造を再吟味し、イオンと不純物の流れの差や非軸対称磁場が存在するときに起こるオフセット回転に対して熱流が果たす役割を述べる。

論文

A Review of fusion and tokamak research towards steady-state operation; A JAEA contribution

菊池 満

Energies (Internet), 3(11), p.1741 - 1789, 2010/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:95.37(Energy & Fuels)

核融合研究開発50年を記念して核融合の基礎と定常トカマク炉の概念とそれに向けた研究の進展についてのレビューである。1990年に筆者が検討したブートストラップ電流を用いた定常トカマク炉SSTRの概念形成以降、トカマク研究は先進トカマク研究として大きく発展してきた。本レビューではトカマクにおける電流形成とMHD安定性に絞ったレビューを行った。

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