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論文

Development of advanced inductive scenarios for ITER

Luce, T. C.*; Challis, C. D.*; 井手 俊介; Joffrin, E.*; 鎌田 裕; Politzer, P. A.*; Schweinzer, J.*; Sips, A. C. C.*; Stober, J.*; Giruzzi, G.*; et al.

Nuclear Fusion, 54(1), p.013015_1 - 013015_15, 2013/12

 被引用回数:20 パーセンタイル:19.59(Physics, Fluids & Plasmas)

The ITPA IOS group has coordinated experimental and modeling activity on the development of advanced inductive scenarios for applications in the ITER tokamak. This report documents the present status of the physics basis and the prospects for applications in ITER. The key findings are: (1) inductive scenarios capable of higher $$beta_{rm N} ge 2.4$$ than the ITER baseline scenario ($$beta_{rm N} = 1.8$$) with normalized confinement at or above the standard H-mode scaling have been established under stationary conditions on the four largest diverted tokamaks (AUG, DIII-D, JET, JT-60U) in a broad range in $$q_{rm 95}$$ and density; (2) MHD modes can play a key role in reaching stationary high performance, but also define the stability and confinement limits; (3) the experiments have yielded clearer measurements of the normalized gyroradius scalin; and (4) coordinated modeling activity supports the present research by clarifying the most significant uncertainties in the projections to ITER.

論文

Shubnikov-de Haas oscillation in PuIn$$_3$$

芳賀 芳範; Bauer, E. D.*; Tobash, P. H.*; Mitchell, J. N.*; Ayala-Valenzuela, O.*; McDonald, R. D.*; Mielke, C. H.*; Fisk, Z.

Journal of the Korean Physical Society, 63(3), p.380 - 382, 2013/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:76.54(Physics, Multidisciplinary)

Fermi surface of PuIn$$_3$$ is investigated using a flux-grown single crystals. Shubnikov-de Haas (SdH) oscillations were detected by means of the skin-depth measurement using a proximity-detector- oscillator circuit. Angular dependence of the SdH frequency which corresponds to the extremal cross-sectional area of Fermi surface agrees well with the previous magnetic susceptibility measurement using conventional field-modulation method. The SdH oscillation suddenly vanishes when the magnetic field is tilted from the cubic [111] direction.

論文

Spatio-temporal evolution of the L$$rightarrow$$H and H$$rightarrow$$L transitions

三木 一弘; Diamond, P. H.*; Fedorczak, N.*; G$"u$rcan, $"O$. D.*; Malkov, M.*; Lee, C.*; 小菅 祐輔*; Tynan, G. R.*; Xu, G. S.*; Estrada, T.*; et al.

Nuclear Fusion, 53(7), p.073044_1 - 073044_10, 2013/07

 被引用回数:19 パーセンタイル:25.16(Physics, Fluids & Plasmas)

L$$rightarrow$$H, H$$rightarrow$$L遷移の理解はITER運用の成否に重要である。この論文で我々は新たな理論モデル研究を紹介して、遷移の時空間ダイナミクスを調べる。ここで帯状流の役割、そしてダイナミクスと輸送しきい値の間にあるマクロとミクロの接続について強調する。モデルは5場で、簡略化された座標系で、時間と1次元の空間発展を解く。この論文の内容は次の通りである。(a)モデルの基礎方程式とL$$rightarrow$$I$$rightarrow$$H遷移の時空間発展、(b)$$nabla$$Bドリフトの非対称性で輸送しきい値が変化することの物理的な説明、(c)熱雪崩現象がL$$rightarrow$$I$$rightarrow$$H遷移のしきい値変位に与える影響、(d)H$$rightarrow$$L逆遷移のダイナミクスとヒステリシスの物理。

論文

Spatio-temporal evolution of the H$$rightarrow$$L back transition

三木 一弘; Diamond, P. H.*; Schmitz, L.*; McDonald, D. C.*; Estrada, T.*; G$"u$rcan, $"O$. D.*; Tynan, G. R.*

Physics of Plasmas, 20(6), p.062304_1 - 062304_9, 2013/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:35.99(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERでは、輸送閉じ込め状態が改善するL$$rightarrow$$H遷移が発生する臨界近傍の加熱パラメータを選択する。装置サイズは巨大であるので、装置全体の制御は困難である。したがって、プラズマ閉じ込め状態の改善に関する研究では、H$$rightarrow$$L逆遷移も考慮しなければならない。本研究では簡約化された1次元メゾスケールモデルを用いて、ELMの無い状態でのH $$rightarrow$$L逆遷移のダイナミクスを調べた。モデル計算により、乱流の拡散現象がH$$rightarrow$$L逆遷移を引き起こす重要なプロセスであることが分かった。逆遷移現象には乱流とプロファイルを結ぶフィードバック機構が存在する。加熱を緩やかに減少させた場合、Iフェイズと呼ばれるL$$rightarrow$$H遷移前に見られる乱流揺動の振動現象が発生した。一方、急激な加熱減少の場合の挙動はよりバースト的である。IフェイズはHモードの乱流が残存するペデスタルの上部に現れる。ヌセルト数を用いて、プロファイル勾配に対するヒステリシスを特徴付けた。温度勾配に対する密度勾配の発展を追跡することで、相対ヒステリシスが記述できて、これがペデスタルのプラントル数に依存することがわかった。Hモードの密度勾配はHモードの温度勾配よりもより残存しやすいことが想定される。

論文

Momentum transport studies from multi-machine comparisons

吉田 麻衣子; Kaye, S.*; Rice, J.*; Solomon, W.*; Tala, T.*; Bell, R. E.*; Burrell, K. H.*; Ferreira, J.*; 鎌田 裕; McDonald, D. C.*; et al.

Nuclear Fusion, 52(12), p.123005_1 - 123005_11, 2012/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:36.73(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ回転分布は、プラズマの安定性,閉じ込め改善,不純物輸送に重要な役割をしている。よって、運動量輸送係数の性質を理解することは、将来の装置におけるプラズマ回転やプラズマ性能を予測するうえで必須である。本研究では、さまざまな磁場配位を持つトカマク装置で取得した運動量輸送に関するデータベースを構築し、幅広いプラズマパラメータ領域における運動量輸送の特性を評価した。その結果、共通してどの装置でも運動量輸送係数が熱輸送係数と相関することと、運動量の対流速度と拡散係数が相関することが、プラズマ半径r/a=0.3-0.7の領域において観測されていることがわかった。また、運動量輸送係数と熱輸送係数の比の無次元量パラメータの関係について導き、輸送係数の比のスケーリングを初めて構築した。これらの結果は、将来の装置における運動量輸送係数の予測やモデリングの構築のために有効なデータである。

論文

The H-mode pedestal, ELMs and TF ripple effects in JT-60U/JET dimensionless identity experiments

Saibene, G.*; 大山 直幸; L$"o$nnroth, J.*; Andrew, Y.*; la Luna, E. de.*; Giroud, C.*; Huysmans, G. T. A.*; 鎌田 裕; Kempenaars, M. A. H.*; Loarte, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(8), p.969 - 983, 2007/08

 被引用回数:29 パーセンタイル:26.18(Physics, Fluids & Plasmas)

JETとJT-60Uにおいて、プラズマ形状を一致させてプラズマの比較を行う実験を行った。この配位は、安全係数,非円形度,三角度,小半径が両装置でほぼ等しく、大半径はJT-60Uの方が15%大きい。このとき、無次元パラメータが両装置で一致するためには、同じペデスタル密度のプラズマに対してJT-60Uのペデスタル温度が約20%高いことが要求されるがJT-60Uのペデスタル圧力はJETより低い値に留まった。両装置で大きく異なっているものがトロイダル磁場リップルとトロイダル回転速度であることに着目し、JETでは接線方向のNBIの代わりに垂直入射NBIもしくはICRHを使用した実験を、JT-60Uでは垂直NBIの代わりに負イオン源を用いたCO方向NBIを用いた実験を行った。その結果、JETではペデスタル圧力が低下し、JT-60Uではペデスタル圧力の上昇が観測された。JT-60Uではペデスタル圧力の上昇と同時にELMの周波数や振幅,圧力勾配も変わっている。ペデスタル圧力の改善は見られたが、プラズマ全体の閉じ込めは依然としてJETよりも低く、コアプラズマの性能は別の機構により制限されていると思われる。

論文

Recent progress on the development and analysis of the ITPA global H-mode confinement database

McDonald, D. C.*; Cordey, J. G.*; Thomsen, K.*; Kardaun, O. J. W. F.*; Snipes, J. A.*; Greenwald, M.*; Sugiyama, L.*; Ryter, F.*; Kus, A.*; Stober, J.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(3), p.147 - 174, 2007/03

 被引用回数:39 パーセンタイル:73.68(Physics, Fluids & Plasmas)

国際トカマク物理活動(ITPA)全体的Hモード閉じ込めデーターベースの第3版(DB3)に関し1994年から2004年の期間に行われた更新と解析について、この論文は記述する。エネルギー閉じ込め時間とその制御パラメータの巨視的データを、異なったサイズと形状の次の18装置から集めた。ASDEX, ASDEX Upgrade, C-Mod CoMPASS-D, DIII-D, JET, JFT-2M, JT-60U, MAST, NSTX, PBX-M, PDX, START, T-10, TCV, TdeV, TFTR及びUMAN-3M。このDB3データベースに基づき、幅広い物理研究が行われた。特に中心部と周辺部の振る舞いの分離,無次元解析、及びデータベースと1次元輸送コードとの比較に進展があった。データーベースは、ITERのような次期装置の閉じ込め特性の基盤を評価することを主要な目的としており、この論文でも解析結果を踏まえて次期装置を議論する。

論文

The Role of aspect ratio and beta in H-mode confinement scalings

Kaye, S. M.*; Valovic, M.*; Chudnovskiy, A.*; Cordey, J. G.*; McDonald, D.*; Meakins, A.*; Thomsen, K.*; Akers, R.*; Bracco, G.*; Brickley, C.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A429 - A438, 2006/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:56.9(Physics, Fluids & Plasmas)

NSTXとMASTからの低アスペクト比データで拡大されたHモードデータベースを用いて、アスペクト比とベータの閉じ込め比例則に対する影響を、いろいろな統計手法を適用して調べた。予測変数として工学的パラメータを用いた比例則開発から、逆アスペクト比依存性は0.38から1.29乗にあることがわかった。これらの比例則を物理変数の比例則に変換すると、規格化エネルギー閉じ込め時間はベータ増加により低下する。アスペクト比とベータの間には強い相関があるので、物理変数をもとにする比例則は不確実になっている。

論文

The Impact of statistical models on scalings derived from multi-machine H-mode threshold experiments

McDonald, D. C.*; Meakins, A. J.*; Svensson, J.*; Kirk, A.*; Andrew, Y.*; Cordey, J. G.*; 滝塚 知典; ITPA Hモード閾値データベースワーキンググループ*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A439 - A447, 2006/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:65.69(Physics, Fluids & Plasmas)

国際閾値データベースをもとにして、通常最小二乗対数線形回帰法(OLS),変数内誤差対数線形通常回帰法及び最尤法からHモードパワー閾値の推定を行った。chi二乗解析によれば、3統計モデルはいずれもこれらのデータを完全に矛盾なく説明することはできない。この事実は、物理的及び統計的にさらに洗練されたモデルが必要なことを示唆している。ITERのパラメータにおける閾値について、最尤法では38.4MWが予測され、OLS法では31.1MWが予測される。

論文

Small ELM regimes with good confinement on JET and comparison to those on ASDEX Upgrade, Alcator C-mod and JT-60U

Stober, J.*; Lomas, P. J.*; Saibene, G.*; Andrew, Y.*; Belo, P.*; Conway, G. D.*; Herrmann, A.*; Horton, L. D.*; Kempenaars, M.*; Koslowski, H.-R.*; et al.

Nuclear Fusion, 45(11), p.1213 - 1223, 2005/11

 被引用回数:26 パーセンタイル:32.67(Physics, Fluids & Plasmas)

JET装置では、閉じ込めがよく、かつELMの小さな運転領域を開発している。ASDEX Upgrade装置におけるtype II ELM、Alcator C-mod装置におけるEDA H-modeそしてJT-60U装置におけるgrassy ELMを再現する実験をJET装置で行った。その結果、安全係数の高い領域でポロイダルベータ値を高くするという、JT-60U装置で開発されたgrassy ELMの運転シナリオを用いたときに、振幅の小さなELMを得ることに成功した。プラズマ電流の高い領域での試験はされていないが、この運転シナリオはITERに適用できる可能性を持っている。

論文

Scaling of the energy confinement time with $$beta$$ and collisionality approaching ITER conditions

Cordey, J. G.*; Thomsen, K.*; Chudnovskiy, A.*; Kardaun, O. J. W. F.*; 滝塚 知典; Snipes, J. A.*; Greenwald, M.*; Sugiyama, L.*; Ryter, F.*; Kus, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 45(9), p.1078 - 1084, 2005/09

 被引用回数:47 パーセンタイル:15.91(Physics, Fluids & Plasmas)

ELMyHモードデータベースの最新版の状況を再検査した。一般最小2乗回帰法における幾つかの変数について偏りがあることが確認された。これらの欠点に注意して、3種の解析手法、(a)主要素回帰法,(b)変数内誤差手法、及び(c)偏りの小さい少数変数による解析、を取り入れた。標準的な工学的変数で表した比例則とともに、無次元物理変数を用いた比例則を導出した。新比例則は従来の比例則に比べて、ITERの標準的ベータ運転に関して同様な性能を予測するが、より高いベータの運転では性能が高くなると予測する。

論文

The "Hybrid" scenario in JET; Towards its validation for ITER

Joffrin, E.*; Sips, A. C. C.*; Artaud, J. F.*; Becoulet, A.*; Bertalot, L.*; Budny, R.*; Buratti, P.*; Belo, P.*; Challis, C. D.*; Crisanti, F.*; et al.

Nuclear Fusion, 45(7), p.626 - 634, 2005/07

 被引用回数:83 パーセンタイル:6.29(Physics, Fluids & Plasmas)

2003年、JETではハイブリッドシナリオの運転領域を$$beta_{rm N}=2.8$$まで拡張し($$B=1.7$$ T),核融合増倍率の指標($$H_{89}beta_{rm N}/q_{95}^2$$)が0.42のプラズマを定常的に維持することに成功した($$q_{95}=3.9$$)。また、高磁場($$B=2.4$$ T),低ラーマー半径の運転領域においてもハイブリッドシナリオ運転を行いデータベースの拡充を図った。このデータベースを用い、輸送や閉じ込め特性に関して通常のHモード運転と比較を行った。さらに、トレース・トリチウムを入射し、核融合燃料の拡散係数・対流係数を評価した。閉じ込めや安定性を最適化した結果をITER に外挿すると、プラズマ電流を減らした場合でも高核融合利得のプラズマを2000秒間維持できる可能性が高いことがわかった。

論文

The "hybrid" scenario in JET; Towards its validation for ITER

Joffrin, E.*; Sips, A. C. C.*; Artaud, J. F.*; Becoulet, A.*; Budny, R.*; Buratti, P.*; Belo, P.*; Challis, C. D.*; Crisanti, F.*; de Baar, M.*; et al.

Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11

2003年、JETではハイブリッドシナリオの運転領域を$$beta$$$$_{N}$$=2.8まで拡張し($$B$$=1.7T)、核融合増倍率の指標($$H$$$$_{89}$$$$beta$$$$_{N}$$/$$q$$$$_{95}^2$$)が0.42のプラズマを定常的に維持することに成功した($$q$$$$_{95}$$=3.9)。また、高磁場($$B$$=2.4T),低ラーマー半径の運転領域においてもハイブリッドシナリオ運転を行いデータベースの拡充を図った。このデータベースを用い、輸送や閉じ込め特性に関して通常のHモード運転と比較を行った。さらに、トレース・トリチウムを入射し、核融合燃料の拡散係数・対流係数を評価した。閉じ込めや安定性を最適化した結果をITERに外挿すると、プラズマ電流を減らした場合でも高核融合利得のプラズマを2000秒間維持できる可能性が高いことがわかった。

論文

Dimensionless pedestal identity experiments in JT-60U and JET in ELMy H-mode plasmas

Saibene, G.*; 波多江 仰紀; Campbell, D. J.*; Cordey, J. G.*; la Luna, E. de.*; Giroud, C.*; Guenther, K.*; 鎌田 裕; Kempenaars, M. A. H.*; Loarte, A.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(5A), p.A195 - A205, 2004/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:64.88(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERにおけるHモードの周辺ペデスタル構造と周辺局在化モード(ELM)挙動の予測と制御手法の確立を目的とし、大型トカマク装置(JT-60及びJET(欧州))間の比較実験を初めて実施した。本論文は、その初期的な報告である。プラズマ断面形状、及びペデスタル部の輸送と安定性を支配する無次元量(ベータ値,規格化ラーマ半径,規格化衝突周波数)を一致させ、ペデスタル構造を比較した。ペデスタル部の幅に関しては、両装置でほぼ一致したが、周辺圧力及びその空間勾配は、JETがJT-60の約1.5倍であった。プラズマのアスペクト比が小さなJET装置での安定性が高い可能性がある。

口頭

Results of the variable toroidal field ripple experiments in JET

Saibene, G.*; McDonald, D. C.*; Beurskens, M.*; Salmi, A.*; Lonnroth, J. S.*; Parail, V.*; de Vries, P.*; Andrew, Y.*; Budny, R.*; Boboc, A.*; et al.

no journal, , 

本発表は0.08%から約1%までトロイダル磁場リップルの振幅を変化できるJETにおけるリップル実験の結果を報告するものである。リップルがペデスタルとコアプラズマに与える影響をq$$_{95}$$=3$$sim$$3.6のELMy Hモードプラズマで測定した。Hモード特性の変化は明確であるが、閉じ込め性能が劣化する物理機構は明確でない。プラズマ密度の減少や閉じ込め性能劣化は0.5%程度のリップルで観測されるが、その閾値はプラズマパラメータで変化する。リップルはペデスタル圧力とELMにも影響を与える。また、プラズマ回転もリップルの影響を強く受ける。

口頭

PuIn$$_3$$のシュブニコフ・ドハース効果

芳賀 芳範; 中堂 博之; 安岡 弘志; Fisk, Z.; Bauer, E. D.*; Mitchell, J. N.*; Tobash, P. H.*; Thompson, J. D.*; Ayala-Valenzuela, O.*; McDonald, R.*

no journal, , 

アクチノイド系列の中で、プルトニウムは遍歴的軽アクチノイド(U, Np)と局在的重アクチノイド(Am以降)の中間に位置する興味深い元素である。特に単体Puの電子状態及びその磁性は長年の課題となっている。このような状況で、フェルミ面を実験的に観測することは電子状態の理解に大きく貢献する。われわれは、立方晶AuCu$$_3$$型構造をとるPuIn$$_3$$単結晶を育成し、シュブニコフ・ドハース(SdH)効果によりそのフェルミ面の決定を試みた。今回得られた結果は、5f電子を遍歴としたバンド計算と一致する。ただし、その振幅の角度依存性はバンド計算の予測と矛盾する。この点に関して最近急速に進展しつつある物性測定結果と比較して議論する。また、今回の結果は過去のdHvA効果の結果ともコンシステントである。

口頭

1次元モデルにおけるL-H, H-L遷移の時空間発展

三木 一弘; Diamond, P. H.*; Schmitz, L.*; McDonald, D. C.*; Gurcan, O.*; Tynan, G. R.*

no journal, , 

ITERでは、輸送閉じ込め状態が改善するL-H遷移が発生する臨界近傍の加熱パラメータを選択する。装置サイズは巨大であるので、装置制御は限定的となる。したがって、プラズマ閉じ込め状態の改善に関する研究では、H-L逆遷移も考慮しなければならない。本研究では簡約化された1次元メゾスケールモデルを用いて、ELMのない状態でのH-L逆遷移のダイナミクスを調べた。モデル計算により、乱流の拡散現象がH-L逆遷移を引き起こす重要なプロセスであることが分かった。逆遷移現象には乱流とプロファイルを結ぶフィードバック機構が存在する。加熱を緩やかに減少させた場合、Iフェイズと呼ばれるL-H遷移前に見られる乱流揺動の振動現象が発生した。一方、急激な加熱減少の場合の挙動はよりバースト的である。IフェイズはHモードの乱流が残存するペデスタルの上部に現れる。ヌセルト数を用いて、プロファイル勾配に対するヒステリシスを特徴付けた。温度勾配に対する密度勾配の発展を追跡することで、相対ヒステリシスが記述できて、これがペデスタルのプラントル数に依存することがわかった。Hモードの密度勾配はHモードの温度勾配よりもより残存しやすいことが想定される。

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