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論文

ASDEX Upgrade - JT-60U comparison and ECRH power requirements for NTM stabilisation in ITER

Urso, L.*; Zohm, H.*; 諫山 明彦; Maraschek, M.*; Poli, E.*; ASDEX Upgradeチーム; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 50(2), p.025010_1 - 025010_12, 2010/01

 被引用回数:27 パーセンタイル:74.85(Physics, Fluids & Plasmas)

新古典テアリングモード(NTM)はプラズマ中の自発電流により駆動される不安定性であり、NTMに起因する磁気島幅は修正Rutherford式(MRE)により記述される。本論文では、JT-60U及びASDEX-Uの実験データと比較することにより、MREにおける2つの未定係数の値を同定した。解析の際は、磁気島幅の指標となる磁場揺動信号強度の時間発展をモデル計算の結果と比較し、最適な未定係数の組合せを決定した。その結果、装置サイズやプラズマパラメータが大きく異なる両装置において、未定係数の値はともに1程度であることがわかった。また、ITERにおいて電子サイクロトロン電流駆動によりNTMを安定化するために必要な電子サイクロトロン波のパワーを今回の結果を用いて評価した。その結果、今回用いたモデルでは10MW程度のパワーでNTMが安定化できることがわかった。

論文

Evaluating electron cyclotron current drive stabilization of neoclassical tearing modes in ITER; Implications of experiments in ASDEX upgrade, DIII-D, JET, and JT-60U

La Haye, R. J.*; Prater, R.*; Buttery, R. J.*; 林 伸彦; 諌山 明彦; Maraschek, M. E.*; Urso, L.*; Zohm, H.*

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

新古典テアリングモード(NTM)は理想MHD限界より低いベータ領域で発生してプラズマの性能を制限する。本論文では、ASDEX-Upgrade, DIII-D, JET, JT-60UにおけるNTM実験の結果を反映したNTM安定化のモデルを構築し、ITERにおける電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)によるNTM安定化の予測計算を行った結果を記述している。NTMに起因する磁気島幅は、ある値まで小さくなったときに自発的に消滅するという性質がある。ASDEX-Upgrade, DIII-D, JETにおいてベータ値を徐々に下げて磁気島幅を小さくした実験、及び、ASDEX-Upgrage, DIII-D, JT-60UにおけるECCDによるNTM安定化実験の結果から、この幅はイオンバナナ幅の2倍に比例することが実験的に明らかになった。この結果を反映し、ITERの前側ミラー駆動方式、及び後側ミラー駆動方式のECCDシステムを用いたNTM安定化のシミュレーションを行った。その結果、前側ミラー駆動方式ではECCD幅が狭くできるために、安定化に必要なパワーが小さくできる反面、その場合はECCD位置のずれの許容範囲は小さくなることが明らかになった。

論文

Cross-machine benchmarking for ITER of neoclassical tearing mode stabilization by electron cyclotron current drive

La Haye, R. J.*; Prater, R.*; Buttery, R. J.*; 林 伸彦; 諫山 明彦; Maraschek, M. E.*; Urso, L.*; Zohm, H.*

Nuclear Fusion, 46(4), p.451 - 461, 2006/04

 被引用回数:140 パーセンタイル:97.92(Physics, Fluids & Plasmas)

新古典テアリングモード(NTM)は、ITER標準シナリオにおいては理想キンク限界よりも低いベータ領域で発生し、プラズマ性能を制限する主要な要因となる。ポロイダルモード数$$(m=3)$$,トロイダルモード数$$(n=2)$$のNTMは、(1)NTM成長率が最大となる特徴的な「限界」磁気島幅,(2)無変調のco方向の電子サイクロトロン電流駆動(co-ECCD)による「飽和した」3/2 NTM磁気島の安定化に関する実験研究が特に進んでいる。ASDEX-Upgrade, DIII-D, JETにおけるベータ・ランプダウン実験(ベータ値を徐々に下げる実験)から、$$m/n=3/2$$のNTMを(ECCDなしで)消滅させるための限界ベータ値が決定された。このデータと、ASDEX-Upgrade, DIII-D, JT-60UにおけるECCDによる3/2 NTM安定化実験(ベータ値はほぼ一定)との比較を行った。その結果、両方の実験データセットにおいて、NTMが消滅する磁気島幅はイオンバナナ幅の約2倍であることが明らかになった。解析にあたり、4装置ASDEX Upgrade, DIII-D, JET, JT-60Uにおける飽和磁気島幅を評価する共通の方法を開発した。また、この比較で得られたモデルを用いてITERにおけるECCDを用いた$$m/n=3/2$$, 2/1のNTMの安定化の評価を行った。その結果、ITERの上方ECCD入射方式は、磁気島幅を大幅に減少させるのに有効であることが明らかになった。また、ECCDは、ITERにおいてモードロックを回避するのにも有効であることがモデル計算により明らかになった。

論文

The Physics base for NTM stabilization by ECCD in ITER

Zohm, H.*; 林 伸彦; La Haye, R. J.*; 諌山 明彦; Maraschek, M. E.*; Sauter, O.*; Urso, L.*

Proceedings of 14th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating (EC-14), p.334 - 339, 2006/00

ITERにおいては電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)により新古典テアリングモード(NTM)を安定化することを想定しているが、その際の重要課題の1つとして、NTMを完全に安定化するために必要な電流量を高い確度で予測するということがある。本論文は、NTM安定化に必要とされる$$j_{ECCD}/j_{BS}$$に関する予測計算の結果について記述している。ここに$$j_{ECCD}$$, $$j_{BS}$$は、それぞれNTM発生位置における電子サイクロトロン駆動電流密度、及び自発電流密度である。ASDEX-U, DIII-D, JET, JT-60Uの実験データを用いた装置間比較研究により,完全安定化の条件として$$j_{ECCD}/j_{BS}$$$$sim$$1という結果が得られた。また、電子サイクロトロン波を変調した場合における安定化効果に関するシミュレーションも行った。その結果、磁気島幅がECCD幅よりも2倍程度以上のときは変調しない場合の方が安定化効果が30%程度大きいが、磁気島幅がECCD幅程度以下になると変調した方が安定化効果が2倍以上になることが明らかになった。

論文

MHD limits to tokamak operation and their control

Zohm, H.*; Gantenbein, G.*; 諫山 明彦; Keller, A.*; La Haye, R. J.*; Maraschek, M.*; M$"u$ck, A.*; 長崎 百伸*; Pinches, S. D.*; Strait, E. J.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(12A), p.A163 - A173, 2003/12

 被引用回数:24 パーセンタイル:60.93(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文は、トカマクの運転における電磁流体力学的な制約を、電流・密度・圧力の観点からまとめたレビューである。トカマクでは、電流や密度の限界に達すると通常ディスラプションにより放電が終了するが、各々の限界から離れた領域で運転することによりこれらの限界を回避できると考えられている。高密度化による閉じ込め性能の劣化や高電流化(すなわち低安全係数化)によるディスラプション頻度の増大を考慮すると、このような限界近傍での運転はあまり好ましくなく、上の方針は妥当なものであると考えられる。一方、新古典テアリングモード(NTM)や抵抗性壁モード(RWM)による限界は低く、これらの制約を受けると将来の核融合炉が経済的に運転できなくなる可能性がある。したがって、これら2つの不安定性を能動的に制御する研究が現在行われている。電子サイクロトロン電流駆動によるNTM安定化に関してはめざましい進歩があった。鋸歯状振動制御やプラズマ回転によるNTMやRWMの回避に関しても有望な成果が得られた。また、外部コイルによるRWM安定化実験に関してもよい初期結果が得られた。

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