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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:22 パーセンタイル:22.99(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

ITER test blanket module error field simulation experiments at DIII-D

Schaffer, M. J.*; Snipes, J. A.*; Gohil, P.*; de Vries, P.*; Evans, T. E.*; Fenstermacher, M. E.*; Gao, X.*; Garofalo, A. M.*; Gates, D. A.*; Greenfield, C. M.*; et al.

Nuclear Fusion, 51(10), p.103028_1 - 103028_11, 2011/10

 被引用回数:32 パーセンタイル:13.4(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERのテストブランケットモジュールが作ると思われる誤差磁場の影響を調べる実験をDIII-Dにおいて実施した。プラズマ回転とモードロッキング,閉じ込め,LH遷移,ELM安定化,ELMとHモードペデスタル特性,高エネルギー粒子損失等を調べた。実験では、ITERの1つの赤道面ポートを模擬する3つ組のコイルを1セット使用した。その結果、ITERのTBMが作る誤差磁場のためにITERの運転が妨げられるような結果は得られなかった。一番大きな変化はプラズマ回転を減速させるものであり、非共鳴ブレーキング効果によってプラズマ全体の回転が50%程度減少した。密度や閉じ込めへの影響は、回転の影響の1/3程度である。これらの影響は、プラズマ圧力の高いプラズマや回転の低いプラズマで顕著である。それ以外の影響は軽微であった。

論文

Plasma models for real-time control of advanced tokamak scenarios

Moreau, D.*; Mazon, D.*; Walker, M. L.*; Ferron, J. R.*; Flanagan, S. M.*; Gohil, P.*; Groebner, R. J.*; La Haye, R. J.*; Schuster, E.*; Ou, Y.*; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2010/10

An integrated plasma profile control strategy is being developed for extrapolating present-day advanced tokamak (AT) scenarios to steady state operation. The approach is based on semi- empirical (grey-box) modeling. It was initially explored on JET, for current profile control only. The present paper deals with the generalization of this strategy to simultaneous magnetic and kinetic control. The system identification algorithms take advantage of the large ratio between the magnetic and thermal diffusion time scales and have been recently applied, in their full version, to both JT-60U and DIII-D data. This provides, for control purposes, a readily available alternative to first-principle plasma modeling.

論文

Validation of on- and off-axis neutral beam current drive against experiment in DIII-D

Park, J. M.*; 村上 和功*; Petty, C. C.*; Heidbrink, W. W.*; Osborne, T. H.*; Holcomb, C. T.*; Van Zeeland, M. A.*; Prater, R.*; Luce, T. C.*; Wade, M. R.*; et al.

Physics of Plasmas, 16(9), p.092508_1 - 092508_10, 2009/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:36.8(Physics, Fluids & Plasmas)

DIII-Dにおいてプラズマを垂直方向に変位させることで、プラズマ周辺部(off-axis)での中性粒子ビーム電流駆動(NBCD)を実証した。モーショナルシュタルク効果計測により測定した磁力線ピッチ角の時間変化からポロイダル磁束の時間変化を評価し、小半径の半分程度にピークを持ち空間的に広がったoff-axis NBCD分布を示す結果を得た。多くの場合、測定したoff-axis NBCD分布は有限軌道効果を考慮した軌道追跡モンテカルロコードによる高速イオンの減速計算によるものと一致する。中性化した高速イオンが発するD$$alpha$$光の2次元イメージング計測によるとビームイオン密度分布は凹状になっており古典的な減速の描像と一致する。NB駆動電流の大きさはビームと磁力線のなす角と関係しており、両者のなす角が小さくなるように選ぶことでoff-axis NBCDの効率は中心部(on-axis)NBCDと同程度によくすることができる。測定したoff-axis NBCDは入射パワーとともに増加するが、高パワーにおいて測定と計算が合うためには計算に適度な高速イオン拡散を入れる必要がある。

論文

Off-axis neutral beam current drive for advanced scenario development in DIII-D

村上 和功*; Park, J. M.*; Petty, C. C.*; Luce, T. C.*; Heidbrink, W. W.*; Osborne, T. H.*; Prater, R.*; Wade, M. R.*; Anderson, P. M.*; Austin, M. E.*; et al.

Nuclear Fusion, 49(6), p.065031_1 - 065031_8, 2009/06

 被引用回数:37 パーセンタイル:14.31(Physics, Fluids & Plasmas)

DIII-Dでは、小半径の50%という周辺部で電流駆動できるようにするために、2つの中性粒子ビーム(NB)の垂直方向角度を可変とする改造を計画している。計算によると、NBを下側に向けた場合には、プラズマ電流とトロイダル磁場が同方向の場合に電流駆動効率が大きくなる。この効果は大きく、ITERでの計算では現状のトロイダル磁場の方向を反転させると周辺部NB駆動電流は20%以上増加する。この計算結果を検証するためにDIII-Dでプラズマを上下方向に寄せることでNBに対する磁力線の角度を変化させ、そのときの周辺部NB駆動電流を調べた。MSE計測によるとNB駆動電流は計算通り40$$sim$$45%変化した。この結果から、DIII-DのNBに垂直方向角度を可変とする改造を行うことで、ITERや将来のトカマクのためのシナリオ開発を強力に推進できるだけでなく、輸送・高エネルギー粒子・加熱電流駆動の物理を自在に調べられるようになることが期待される。

論文

The 2008 public release of the international multi-tokamak confinement profile database

Roach, C. M.*; Walters, M.*; Budny, R. V.*; Imbeaux, F.*; Fredian, T. W.*; Greenwald, M.*; Stillerman, J. A.*; Alexander, D. A.*; Carlsson, J.*; Cary, J. R.*; et al.

Nuclear Fusion, 48(12), p.125001_1 - 125001_19, 2008/12

 被引用回数:31 パーセンタイル:71.43(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文では、国際トカマク物理活動において構築し2008年に一般公開した分布データベースについて述べる。分布データベースは、プラズマ輸送特性を記述するモデルの検証に活用される。1998年に一般公開した分布データベースに加えて、世界のトカマク装置(11台)で得られた代表的な分布データ(約100放電)を新たに登録している。例えば、JETとTFTRで実施されたDT放電、各装置で得られた内部輸送障壁を持つ放電やハイブリッド運転シナリオの放電などが含まれており、新規登録されたすべての放電の目的や特徴を装置ごとに記述している。また、分布データベースはftp, http, MDSplusを通して読み出しが可能である。

論文

Pedestal conditions for small ELM regimes in tokamaks

大山 直幸; Gohil, P.*; Horton, L. D.*; Hubbard, A. E.*; Hughes, J. W.*; 鎌田 裕; 神谷 健作; Leonard, A. W.*; Loarte, A.*; Maingi, R.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A171 - A181, 2006/05

 被引用回数:57 パーセンタイル:9.36(Physics, Fluids & Plasmas)

Type I ELMを伴うHモード運転はITERの標準運転シナリオとして考えられているが、type I ELMによる瞬間的な熱・粒子束によるダイバータの損耗が懸念されている。近年、世界中のトカマク装置で振幅の小さなELMを伴うHモード放電の研究が進展しており、幾つかの新しい運転領域が発見されている。本論文は、Alcator C-Mod, ASDEX Upgrade, DIII-D, JET, JFT-2M, JT-60U and NSTX各装置で得られている小振幅ELM放電について、ペデスタル特性の観点から運転領域,周辺揺動,周辺部MHD安定性について比較・要約した結果を報告している。また、ITERプラズマへの適用に向けた研究課題についても議論している。

論文

Development of completely Solenoidless tokamak operation in JT-60U

牛込 雅裕*; 井手 俊介; 伊藤 智之*; 上瀧 恵里子*; 御手洗 修*; 白岩 俊一*; 鈴木 隆博; 高瀬 雄一*; 田中 茂利*; 藤田 隆明; et al.

Nuclear Fusion, 46(2), p.207 - 213, 2006/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:57.36(Physics, Fluids & Plasmas)

中心ソレノイド(CS)を全く用いない、トカマクプラズマの立ち上げに関する研究成果についての論文。JT-60トカマクにおいて、完全CS無しの状態でヌル点が存在しない場合でも電子サイクロトロン波(ECRF)入射と外部ポロイダルコイルの電流変化で100kAのプラズマ電流(Ip)が立ち上がることを実証した。立ち上げに必要な条件(ECRFパワー,トロイダル磁場等)を明らかにした。また、CSをほとんど用いない状態で中性粒子ビーム(NB)のみによりIp=260kAを1秒維持することに功した。さらに同様の条件で、ECRFとNBのみでIpを215kAから310kAへランプアップさせることに成功した。高閉込め負磁気シア放電において、自発電流によるオーバードライブを示す結果を得た。

論文

Energy loss for grassy ELMs and effects of plasma rotation on the ELM characteristics in JT-60U

大山 直幸; 坂本 宜照; 諫山 明彦; 武智 学; Gohil, P.*; Lao, L. L.*; Snyder, P. B.*; 藤田 隆明; 井手 俊介; 鎌田 裕; et al.

Nuclear Fusion, 45(8), p.871 - 881, 2005/08

 被引用回数:88 パーセンタイル:4.93(Physics, Fluids & Plasmas)

grassy ELMは、type I ELMの約15倍早い、数kHzになる周期的な崩壊により特徴付けられる。ダイバータ板への熱流速はtype I ELMの10%程度であり、熱流速が小さい理由はELMによる崩壊領域が狭いためであることがわかった。このType I ELMとgrassy ELMにおける崩壊領域の違いは理想MHD安定性の計算と定性的に矛盾しない。また、grassy ELMにより失われるエネルギーはペデスタル部に蓄えられているエネルギーの0.4-1%である。高三角度領域においてプラズマ電流と逆方向のトロイダル回転を増加させると、type I ELMから周波数の高いgrassy ELMへと変化することがわかった。一方、低三角度領域では、プラズマ位置を最適化しつつ、プラズマ電流と逆方向のトロイダル回転を増加させることによりELMを安定化すること(QH-mode)ができた。プラズマ周辺部に局在化した揺動がペデスタル圧力を減少することによりQH-modeが3.4秒間にわたり維持できていると思われる。

論文

Edge localized mode physics and operational aspects in tokamaks

B$'e$coulet, M.*; Huysmans, G.*; Sarazin, Y.*; Garbet, X.*; Ghendrih, P.*; Rimini, F.*; Joffrin, E.*; Litaudon, X.*; Monier-Garbet, P.*; An$'e$, J.-M.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(12A), p.A93 - A113, 2003/12

 被引用回数:78 パーセンタイル:7.13(Physics, Fluids & Plasmas)

炉心級のプラズマにおけるELMに関する実験的,理論的な研究の進展をレビューした論文である。最近の理論的なアプローチでは、線形MHD安定性解析だけでなく、ELMを含んだ非線形輸送モデルが提案されている。これらのモデルと高速なペデスタル圧力分布の崩壊,磁気揺動,スクレイプオフ層の輸送といった実験的観測との比較が行われた。現在得られているtype I ELMのスケーリングをITERに外挿するとダイバータ板への熱負荷が問題となる。近年、高三角度及び高密度領域において、高閉じ込めを維持したまま小さなELMが得られる領域が各装置で見つかっており、これら小振幅ELMの特徴とITERへの適用性に関して議論している。一方、内部輸送障壁とELMの両立性が幾つかの装置で問題になっているが、ELMの振幅を低減することで両立することが可能になった事例を報告している。さらに、周辺電流,ペレット入射,不純物入射,外部磁場摂動等を用いたELMの動的制御法の開発とITERへの適用性について議論している。

論文

Key quantities for ITB formation and sustainment

藤田 隆明; Aniel, T.*; Barbato, E.*; Behn, R.*; Bell, R. E.*; Field, A. R.*; 福田 武司*; Gohil, P.*; 居田 克巳*; Imbeaux, F.*; et al.

Europhysics Conference Abstracts, 27A, 4 Pages, 2003/00

温度分布等に基づいて、内部輸送障壁の有無,強弱を定量的に判定する条件を決定することを目的として、国際内部輸送障壁データベースを用いた解析を行った。プラズマ大半径と温度勾配の特性長の比とイオンのラーマー半径と温度勾配の特性長の比の二つの量に着目した。特に後者はJETトカマクにおいてさまざまな放電条件に対して同一の基準値との大小で内部輸送障壁の有無が判定できると報告されており、その基準値がほかの装置でも成り立つかどうかが問題とされている。世界の9つのトカマクと2つのヘリカル装置からの分布データを収集して解析した結果、基準値は装置間でかなりばらつきがあり、電子系の内部輸送障壁の場合、最大で10倍の違いがあることがわかった。むしろプラズマ大半径と温度勾配の特性長の比の方がばらつきが小さく(最大で3倍程度)、イオンのラーマー半径を用いることの利点は見いだせなかった。イオン系の内部輸送障壁についても同様の結果であった。これらの結果は、内部輸送障壁の判定においてはイオンのラーマー半径以外の物理量も含めるべきであることを示している。

口頭

Extrapolating neoclassical tearing mode physics to ITER

Buttery, R. J.*; La Haye, R. J.*; Coda, S.*; Gohil, P.*; 諫山 明彦; Jackson, G.*; Raju, D.*; Reimerdes, H.*; Sabbagh, S.*; Sen, A.*; et al.

no journal, , 

新古典テアリングモード(NTM)は高ベータプラズマにおいて発生して閉じ込め性能を劣化させることから、その発生条件を明らかにすることは重要である。本発表では、ASDEX-U(ドイツ、マックス・プランク研究所),DIII-D(米国、ジェネラル・アトミックス社),JET(EU),JT-60UにおけるITERハイブリッド・シナリオ実験のデータから、NTM発生時及び消滅時の規格化ベータ値のラーマー半径依存性やプラズマ回転依存性を解析した結果を報告する。NTM発生時及び消滅時の規格化ベータ値はラーマー半径にほぼ線形の依存性があり、過去に得られた他の運転領域におけるデータと同様の傾向を示した。また、NTM発生時の規格化ベータ値がプラズマの回転にも依存することを示唆する結果がDIII-DやJETで得られた。

口頭

Results of ITER test blanket module mock-up experiments on DIII-D

Snipes, J. A.*; Schaffer, M. J.*; Gohil, P.*; de Vries, P.*; Fenstermacher, M. E.*; Evans, T. E.*; Gao, X. M.*; Garofalo, A.*; Gates, D. A.*; Greenfield, C. M.*; et al.

no journal, , 

磁性体で作られているITERのテストブランケットモジュール(TBM)が作る誤差磁場がプラズマ運転と性能へ与える影響を調べる実験をDIII-Dで実施した。ポロイダル磁場とトロイダル磁場を作る一組のコイルをプラズマ近傍の水平ポートに設置した。TBMコイルは、トロイダル磁場リップルとの総和で5.7%という局所磁場リップルを作り出すことが可能で、この値は1.3トンのITER用TBMが作る局所磁場リップルの4倍に相当する。実験では、トロイダル回転の減少はリップルに敏感であるが、閉じ込め性能への影響では、3%以上の局所磁場リップルで15-18%の減少、1.7%以下では影響はほとんど見られないことがわかった。

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