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報告書

Proceedings of 7th KAERI-JAEA Information Exchange Meeting on HTGR and Nuclear Hydrogen Technology; November 5th-6th, 2015, JAEA Oarai Research and Development Center, Oarai, Japan

稲葉 良知; Lee, T.*; 植田 祥平; 笠原 清司; 本多 友貴; Lee, H.*; Kim, E.*; Cho, M.*; Bae, K.*; 坂場 成昭

JAEA-Review 2015-043, 96 Pages, 2016/03

JAEA-Review-2015-043.pdf:79.27MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、韓国原子力研究所(KAERI)と「韓国原子力研究所と日本原子力研究開発機構との間の原子力平和利用分野における研究協力実施取決め」を締結し、高温ガス炉と原子力水素技術の開発に関する研究協力計画の下で、高温ガス炉と熱化学法ISプロセスによる水素製造技術開発を効率的に進めるために、両者による情報交換会議を2015年11月5日$$sim$$6日に大洗研究開発センターにおいて実施した。会議は公開情報に基づき、双方の研究者により、日本及び韓国における高温ガス炉開発及び原子力水素研究開発の現状と将来計画が議論された。本報は、本会議における論文集である。

論文

Dynamics of multiple flux tubes in sawtoothing KSTAR plasmas heated by electron cyclotron waves, 2; Theoretical and numerical analysis

Bierwage, A.; Yun, G. S.*; Choe, G. H.*; Nam, Y.*; Lee, W.*; Park, H. K.*; Bae, Y.-S.*

Nuclear Fusion, 55(1), p.013016_1 - 013016_17, 2015/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:17.78(Physics, Fluids & Plasmas)

The dynamics of multiple flux tubes in the core of a sawtoothing tokamak plasma are studied numerically. This is motivated by observations of long-lived hot spots in the ECE images of KSTAR plasmas with ECH. Using a empirical source term in a reduced set of MHD equations, it is shown that flux tubes with helicity h=1 are easily produced and survive for the observed time intervals only if the safety factor q is close to unity and the magnetic shear is small. It is shown that under these conditions the spatial localization of ECH may allow it to actively induce the formation of the tubes. Using simulations, we examine how the flux tubes merge and annihilate, and how their dynamics depend on the strength of the drive. We conclude that flux tubes play an important role for the dynamic competition between sources and sinks of thermal and magnetic energy during the sawtooth ramp phase. The development of self-consistent simulation models is motivated and directions for experiments are given.

論文

Characteristics of global energy confinement in KSTAR L- and H-mode plasmas

Kim, H.-S.*; Jeon, Y. M.*; Na, Y.-S.*; Ghim, Y.-C.*; Ahn, J.-W.*; Yoon, S. W.*; Bak, J. G.*; Bae, Y. S.*; Kim, J. S.*; Joung, M.*; et al.

Nuclear Fusion, 54(8), p.083012_1 - 083012_11, 2014/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:24.21(Physics, Fluids & Plasmas)

KSTARのLモードおよびHモードプラズマにおいてエネルギー閉じ込め特性を定量的に評価し、多変数回帰解析を行い多装置スケーリング則と比較した。解析したKSTARプラズマのエネルギー閉じ込め時間はLモードで0.04-0.16秒、Hモードで0.06-0.19秒の範囲にある。多変数回帰解析によると、閉じ込め時間は多装置スケーリング則と比較して損失パワーに関しては同程度の、プラズマ電流に関してはわずかに強い依存性が見られた。一方で、非円形度に関しては多装置スケーリング則が正の冪乗依存性を示すのに対してKSTARでは負の冪乗依存性を示した(Lモードで-0.68乗、Hモードで-0.76乗)。KSTARでは非円形度の増加と共にダイバータ足位置が移動するため、不純物の混入量が増加して閉じ込めを劣化させているなどの原因が考えられる。

論文

First neutral beam injection experiments on KSTAR tokamak

Jeong, S. H.*; Chang, D. H.*; Kim, T. S.*; In, S. R.*; Lee, K. W.*; Jin, J. T.*; Chang, D. S.*; Oh, B. H.*; Bae, Y. S.*; Kim, J. S.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02B102_1 - 02B102_3, 2012/02

 被引用回数:20 パーセンタイル:68.57(Instruments & Instrumentation)

KSTAR用中性粒子入射装置全体の1/3が2010年に完成し、入射実験を行った。この装置のイオン源は、原子力機構のプラズマ源とKAERIの多孔型加速電極で構成されている。入射実験前にイオン源の特性を調べ、ビーム発散角が0.8度、イオン組成比D$$^{+}$$/D$$_{2}$$$$^{+}$$/D$$_{3}$$$$^{+}$$が75:20:5、アーク効率1.0A/kWと良好な特性を確認した。KSTARへの入射実験では、0.7-1.5MWを70-90keVのエネルギーで入射した。プラズマのLモードからHモードへの遷移を確認でき、D-D反応による中性子発生を観測し、イオン温度とプラズマ閉じ込めエネルギーの上昇を観測した。

論文

Characteristics of the first H-mode discharges in KSTAR

Yoon, S. W.*; Ahn, J.-W.*; Jeon, Y. M.*; 鈴木 隆博; Hahn, S. H.*; Ko, W. H.*; Lee, K. D.*; Chung, J. I.*; Nam, Y. U.*; Kim, J.*; et al.

Nuclear Fusion, 51(11), p.113009_1 - 113009_9, 2011/11

 被引用回数:25 パーセンタイル:75.77(Physics, Fluids & Plasmas)

中性粒子ビーム(NB)と電子サイクロトロン(EC)加熱を組合せることでKSTARトカマクにおいてELMを有する典型的なHモード放電を得た。2Tのトロイダル磁場では、Hモード遷移に必要な閾パワーは最小で1.1MWであり密度は1.4$$times$$10$$^{19}$$ m$$^{-3}$$であった。この密度以下では閾パワーは増加した。閉じ込め時間はスケーリング則より1.4-1.6倍高いが、NBの損失を考慮するとスケーリング則に近づく。Hモード時には電子温度とイオン温度がペデスタル部で明確に上昇したが、中心部のイオン温度は大きくは変化しなかった。他方、トロイダル回転はHモード時に全領域で増加した。ELM周波数は30-50HzでELM時の蓄積エネルギーの変化割合は5%以下であった。NBとEC加熱を組合せた場合には、大振幅のELM間に小振幅のELMが観測された。

論文

Development of high power long-pulse RF transmitter for ICRF heating in fusion researches and cyclotron accelerator

Kwak, J. G.*; Wang, S. J.*; Bae, Y. D.*; Kim, S. H.*; Hwang, C. K.*; 森山 伸一

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.938 - 941, 2011/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

韓国原子力研究所では1996年からKSTARトカマクにおけるイオンサイクロトロン加熱用並びにサイクロトロン加速器用として高周波増幅器の開発を行っている。KSTARのトロイダル磁場は公称定格で3Tであり、各種の加熱シナリオをカバーするために25$$sim$$60MHzの帯域が要求される。最初の増幅器は最終段四極管に数回のトラブルはあったものの、2008年に60MHzまでの周波数において2MW300秒間の出力を達成した。これを用いて300kWの高周波をKSTARプラズマに入射することに成功した。2番目の増幅器はサイクロトロン加速器用の70kw連続定格25$$sim$$50MHz広帯域増幅器であり、技術設計が完了した。3番目は1MWのVHF帯増幅器であり原子力機構から貸与されたものである。KSTARに用いるために110MHzの周波数を60MHzに変更する改造を行う予定である。この講演では最初の増幅器の動作試験の結果に加え、2番目3番目の増幅器の技術設計,改造設計について述べる。

論文

Arc discharge characteristics of a long pulse ion source for the KSTAR neutral beam injector

Chang, D. H.*; Jeong, S. H.*; Jin, J. T.*; Chang, D. S.*; Kim, T. S.*; Lee, K. W.*; In, S. R.*; Oh, B. H.*; Bae, Y. S.*; Kim, J. S.*; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 59(2), p.275 - 280, 2011/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:29.52(Physics, Multidisciplinary)

KSTARの中性粒子入射装置(NBI)に向けて長パルスイオン源を開発し、イオン源のアーク放電特性を調べた。イオン源は、多極磁場型バケットタイプのプラズマ源と多数の円孔を配置した4枚のビーム加速電極から成る加速器で構成されている。安定で効率の良いアーク放電プラズマをアーク電源の一定パワーモード運転にて70kWまで生成することに成功した。アーク放電の安定な運転領域について、フィラメント加熱電圧,アーク電力、そして導入重水素ガスの量の変化に関して調べた。

論文

Results of beam extraction performance for the KSTAR neutral beam injector

Chang, D. H.*; Jeong, S. H.*; Kim, T. S.*; Lee, K. W.*; In, S. R.*; Jin, J. T.*; Chang, D. S.*; Oh, B. H.*; Bae, Y. S.*; Kim, J. S.*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 50(6), p.066302_1 - 066302_7, 2011/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.24(Physics, Applied)

KSTARにおいて初めての中性粒子入射装置が据え付けられ運転された。85kVで32Aのビームを5秒間安定に引出すことができた。さらに80kV25Aでは14秒の長パルス運転が達成された。最適なパービアンスは1.15マイクロパービアンスであることが確認できた。中性化効率も偏向磁石を使用して熱的カロリメータで測定した。アーク効率は0.6$$sim$$1.1A/kWの高い値が得られた。中性粒子ビームパワーとしては80keVのエネルギーで1.0MWがKSTARプラズマに入射できた。

論文

Development of a plasma generator for a long pulse ion source for neutral beam injectors

渡邊 和弘; 大楽 正幸; 戸張 博之; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 花田 磨砂也; Jeong, S. H.*; Chang, D. H.*; Kim, T. S.*; Kim, B. R.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 82(6), p.063507_1 - 063507_6, 2011/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:61.15(Instruments & Instrumentation)

中性粒子入射装置(NBI)のための長パルスイオン源用プラズマ源を開発した。このプラズマ源はビーム出力120keV, 65A出力を目標として設計したものであり、ビーム引出面12cm$$times$$46cmの大きな領域を有した多極磁場型プラズマ源である。プラズマ源の外側をサマリウムコバルト永久磁石で囲みカスプ磁場配位とした。本プラズマ源を日韓協力の下、韓国のKSTAR NBIテストスタンドに取付け長パルス試験を行った。その結果、ビーム電流65Aを生成できるアーク放電パワー70kWで200秒間のプラズマ生成運転に成功し、長パルス性能を実証した。ビーム引出部のプラズマの空間的一様性については、イオン飽和電流の平均値からのばらつきが$$pm$$8%以下であることを確認でき、大面積に一様なプラズマが生成できることを確認した。また、ビーム引き出し試験においては、73kV, 41A, 5秒までの生成に成功し、0.9-1.1A/kWの高いアーク効率を確認できた。これらによって本プラズマ源の長パルス性能を確認できた。

論文

Commissioning results of the KSTAR neutral beam system

Bae, Y. S.*; Park, Y. M.*; Kim, J. S.*; Han, W. S.*; Kwak, S. W.*; Chang, Y. B.*; Park, H. T.*; Song, N. H.*; Chang, D. H.*; Jeong, S. H.*; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 9 Pages, 2011/03

中性粒子入射(NBI)システムは、韓国超伝導トカマク先進研究装置(KSTAR)における高性能運転と長パルス運転のためのイオン加熱と電流駆動を行うように設計された。KSTAR用NBIは2つのビームラインで構成されている。各々のビームラインはイオン源1台あたり最大ビームエネルギー120keVで重水素中性粒子ビームパワー2.5MW以上を入射できるよう設計されたイオン源を3台内蔵している。したがって、KSTAR用NBIシステムの最終目標は2つのビームラインで重水素中性粒子ビームパワー14MW以上の入射を目指している。NBIシステムの計画に則り、各々のコンポーネントとサブシステムの試運転を含めた2010年活動においては、最初のNBIシステムにより、KSTARトカマク・プラズマへ1台のイオン源からビーム入射を行うことである。この論文では、1台のイオン源を用いた最初のNBIシステムの建設と調整運転について紹介する。

論文

Status and result of the KSTAR upgrade for the 2010's campaign

Yang, H. L.*; Kim, Y. S.*; Park, Y. M.*; Bae, Y. S.*; Kim, H. K.*; Kim, K. M.*; Lee, K. S.*; Kim, H. T.*; Bang, E. N.*; Joung, M.*; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

韓国超伝導トカマク先進研究装置(KSTAR)における高楕円度でダイバータ配位を有するプラズマ生成を目指した2010年の運転のため、プラズマ形状制御に不可欠なハードウェア・システムが新たに据え付けられ改良された。この論文では、改良されたシステムの一般的な構成の概要を述べる。さらに、システムにおいてキーとなる幾つかの性能と試験結果についても報告する。

論文

Status of KSTAR electron cyclotron heating system

Bae, Y. S.*; Na, Y. S.*; Oh, Y. K.*; Kwon, M.*; Bak, J. S.*; Lee, G. S.*; Jeong, J. H.*; Park, S. I.*; Cho, M. H.*; Namkung, W.*; et al.

Fusion Science and Technology, 52(2), p.321 - 333, 2007/08

 被引用回数:21 パーセンタイル:81.84(Nuclear Science & Technology)

84GHz, KSTAR電子サイクロトロン波加熱システムにおいてジャイロトロンの実験を開始し、これまでに20$$mu$$secのパルス発振に成功した。また、入射アンテナ(ランチャー)を設計製作し、KSTAR装置に取り付けプラズマ実験が行える状況にある。また、ITERを想定したNTM制御あるいは内部輸送障壁生成を目的とした170GHz電子サイクロトロン波加熱システム開発を行っているが、原子力機構がITER用に開発した170GHz, 1MWジャイロトロンを設置する予定となっている。本論文では、KSTARにおける84GHz及び170GHzジャイロトロンシステム開発を述べるとともに、それらを利用した電流駆動やXモード入射についても議論する。

口頭

Confinement characteristics of the extended operation regime of KSTAR toward advanced scenarios

Na, Y. S.*; 鈴木 隆博; 井手 俊介; Mueller, D.*; Kim, J. H.*; 宮田 良明; Kim, S. H.*; Kim, H. S.*; Jeon, Y. M.*; Bae, Y. S.*; et al.

no journal, , 

KSTARプロジェクトの重要な実験目標である先進シナリオ開発を開始した。プラズマ電流立ち上げ初期にダイバータ配位を形成し、その後に加熱を行いつつ電流を立ち上げることで先進シナリオに適した鋸歯状不安定性のないターゲットプラズマの生成に成功した。さらにこのプラズマに対して、高いポロイダルベータ値と自発電流割合を得て磁気シアを変化させるためにJET装置で用いられている「Ipオーバーシュート」法を適用した。これら一連のプラズマについて、平衡及び輸送と加熱・電流駆動を考慮した統合シミュレーションコードを用いて閉じ込めと輸送特性を調べた。プラズマ電流立ち上げ中の安全係数、電流立ち上げ後の閉じ込め特性、自発電流を含む非誘導駆動電流について議論する。また、これらのプラズマを他のトカマク装置で開発された先進シナリオと比較し、今後のKSTAR先進シナリオ開発の方向性も議論する。

口頭

Long-pulse production of positive ion beams from JT-60U for JT-60 Super Advanced

花田 磨砂也; 小島 有志; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; Oh, B. H.*; Jeong, S. H.*; Chang, D. H.*; Lee, K. W.*; Bae, Y. S.*

no journal, , 

本論文はJT-60SAに向けた正イオンNBI装置の開発研究の成果を記述したものである。これまでに、JT-60Uでの運転において、1台の正イオン源を用いて、85keV, 27.5A重水素イオンビームを30秒間生成している。さらに、日韓共同実験において、同イオン源を用いて60keV, 18A水素正イオンビームを200秒間生成している。これらの実験で得られた結果を元に、JT-60正イオン源の除熱性能やイオン生成性能を評価した。その結果、既存のJT-60正イオン源を改造すること無くJT-60SAで再使用することによって、JT-60SAにおけるイオンビームの要求性能(85keV, 27.5A, 100秒)を達成できることを明らかにした。

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