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論文

Dynamics of energetic particle driven modes and MHD modes in wall-stabilized high-$$beta$$ plasmas on JT-60U and DIII-D

松永 剛; 岡林 典男*; 相羽 信行; Boedo, J. A.*; Ferron, J. R.*; Hanson, J. M.*; Hao, G. Z.*; Heidbrink, W. W.*; Holcomb, C. T.*; In, Y.*; et al.

Nuclear Fusion, 53(12), p.123022_1 - 123022_13, 2013/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.45(Physics, Fluids & Plasmas)

In the wall-stabilized high-$$beta$$ plasmas in JT-60U and DIII-D, interactions between energetic particle (EP) driven modes (EPdMs) and edge localized modes (ELMs) have been observed. The interaction between the EPdM and ELM are reproducibly observed. Many EP diagnostics indicate that strong correlation between the distorted waveform of the EPdM and the EP transport to edge. The waveform distortion is composed of higher harmonics $$(n ge 2)$$ and it looks like a density snake near the plasma edge. According to statistical analyses, the ELM triggering by the EPdMs needs finite level of waveform distortion and pedestal recovery. The ELM pacing by the EPdMs occurs when the repetition frequency of the EPdMs is higher than the natural ELM frequency. Transported EPs by the EPdMs are thought to contribute to change the edge stability.

論文

Dynamics of energetic particle driven modes and MHD modes in wall-stabilized high beta plasmas on JT-60U and DIII-D

松永 剛; 岡林 典男*; 相羽 信行; Boedo, J. A.*; Ferron, J. R.*; Hanson, J. M.*; Hao, G. Z.*; Heidbrink, W. W.*; Holcomb, C. T.*; In, Y.*; et al.

Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/03

In the wall-stabilized high-$$beta$$ plasmas in JT-60U and DIII-D, interactions between energetic particle (EP) driven modes and MHD modes such as edge localized modes (ELMs) have been observed. The ELM triggering by EP driven modes (EPdMs) occurs when the repetition frequency of the EPdMs is higher than that of the ELM. The EPdMs have strong waveform distortion that is composed of higher toroidal harmonics. In particular, EP behavior seems to be sensitive to the waveform distortion, thus, waveform distortion can rapidly increase EP transport to edge. According to statistical analysis, the ELM triggering by the EPdMs infrequently occurs just after the ELM crash. Transported EPs by the EPdMs are thought to contribute to change the edge stability.

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:15.37(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

Integrated modeling of steady-state scenarios and heating and current drive mixes for ITER

村上 和功*; Park, J. M.*; Giruzzi, G.*; Garcia, J.*; Bonoli, P.*; Budny, R. V.*; Doyle, E. J.*; 福山 淳*; 林 伸彦; 本多 充; et al.

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

Recent progress on ITER steady-state scenario modeling by the ITPA-IOS group is reviewed. Code-to-code benchmarks as the IOS group's common activities for the two steady-state scenarios (weak shear scenario and internal transport barrier scenario) are reviewed. These are discussed in terms of transport and kinetic profiles, heating and CD sources using various transport codes.

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:39.06(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

Pedestal stability comparison and ITER pedestal prediction

Snyder, P. B.*; 相羽 信行; Beurskens, M.*; Groebner, R. J.*; Horton, L. D.*; Hubbard, A. E.*; Hughes, J. W.*; Huysmans, G. T. A.*; 鎌田 裕; Kirk, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 49(8), p.085035_1 - 085035_8, 2009/08

 被引用回数:145 パーセンタイル:1(Physics, Fluids & Plasmas)

中間波長のMHDモードの安定性解析は、トカマクペデスタル性能やELM機構の理解を進めるうえで重要である。近年のペデスタル領域における高精度計測及び高精度安定性解析コードの実現により、複数の大・中型トカマク装置において周辺MHD安定性解析が実現し、実験結果の理解や実験プランの策定及びプラズマ性能の向上に貢献している。本論文では、複数のトカマク装置における周辺MHD安定限界を、標準的な(Type-I)ELMのみならず小振幅ELM及びELM-freeな領域において評価し、それらを比較する。さらに、ペデスタル幅を予測するテストモデルとペデスタルの高さに対する安定性からの制約を合わせて考慮することで、ペデスタルの高さと幅を予測する新たなモデル(EPED1)を開発した。このモデルをこれまでの実験結果に適用したテスト結果、及びこのモデルを用いて行ったITERでのペデスタルの高さの予測についての初期結果を報告する。

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:38 パーセンタイル:15.21(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

Pedestal stability comparison and ITER pedestal prediction

Snyder, P. B.*; 相羽 信行; Beurskens, M.*; Groebner, R. J.*; Horton, L. D.*; Hubbard, A. E.*; Hughes, J. W.*; Huysmans, G. T. A.*; 鎌田 裕; Kirk, A.*; et al.

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10

中間波長のMHDモードの安定性解析は、トカマクペデスタル性能やELM機構の理解を進めるうえで重要である。近年のペデスタル領域における高精度計測及び高精度安定性解析コードの実現により、複数の大・中型トカマク装置において周辺MHD安定性解析が実現し、実験結果の理解や実験プランの策定及びプラズマ性能の向上に貢献している。本論文では、複数のトカマク装置における周辺MHD安定限界を、標準的な(Type-I) ELMのみならず小振幅ELM及びELM-freeな領域において評価し、それらを比較する。さらに、ペデスタル幅を予測するテストモデルとペデスタルの高さに対する安定性からの制約を合わせて考慮することで、ペデスタルの高さと幅を予測する新たなモデル(EPED1)を開発した。このモデルをこれまでの実験結果に適用したテスト結果、及びこのモデルを用いて行ったITERでのペデスタルの高さの予測についての初期結果を報告する。

論文

Experimental tests of paleoclassical transport

Callen, J. D.*; Anderson, J. K.*; Arlen, T. C.*; Bateman, G.*; Budny, R. V.*; 藤田 隆明; Greenfield, C. M.*; Greenwald, M.*; Groebner, R. J.*; Hill, D. N.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(11), p.1449 - 1457, 2007/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:74.78(Physics, Fluids & Plasmas)

最近開発されたパレオクラシカル輸送モデルが多数のトロイダルプラズマ装置のデータと比較された。DIII-D, Alcator C-MOD, NSTXのオーム加熱レベルのプラズマ,RTPの電子サイクロトロン波加熱プラズマ,JT-60Uの強い電子内部輸送障壁プラズマ,MST逆磁場ピンチ,SSPXスフェロマックの実験データを用いた。モデルから予想される径方向の電子熱輸送は、オーム加熱レベルの幅広い実験結果と一致し、2倍程度の誤差で電子熱輸送の下限を与えると思われる。

論文

Progress in the ITER physics basis, 1; Overview and summary

嶋田 道也; Campbell, D. J.*; Mukhovatov, V.*; 藤原 正巳*; Kirneva, N.*; Lackner, K.*; 永見 正幸; Pustovitov, V. D.*; Uckan, N.*; Wesley, J.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S1 - S17, 2007/06

 被引用回数:591 パーセンタイル:0.07(Physics, Fluids & Plasmas)

「ITER物理基盤の進歩」は、1999年に出版された「ITER物理基盤」の改訂版である。「ITER物理基盤」には、燃焼プラズマ性能を予測するための方法論や物理R&Dを通じて国際協力のもとで進められた、トカマクプラズマについての実験,モデリング及び理論研究の成果がまとめられている。また、1998年の設計のITERの予測結果も記述され、さらに残された重要な研究課題も指摘されている。これらの研究課題は、国際トカマク物理活動(ITPA)を通じて国際協力で引き続き検討が進められた。当初のITPAの参加国はEU,日本,ロシア、そして米国である。ITPAによって進められた研究の成果によって性能予測及び制御に関する新しい方法論が得られ、それらの方法論を新しく設計されたITERに適用した。新しいITERは改訂された技術的目標のもとで再設計されているが、核融合エネルギーの科学技術的成立性の統合的実証を行う、という目的は満足する。

論文

Progress in the ITER physics basis, 2; Plasma confinement and transport

Doyle, E. J.*; Houlberg, W. A.*; 鎌田 裕; Mukhovatov, V.*; Osborne, T. H.*; Polevoi, A.*; Bateman, G.*; Connor, J. W.*; Cordey, J. G.*; 藤田 隆明; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S18 - S127, 2007/06

本稿は、国際熱核融合実験炉(ITER)の物理基盤に関し、プラズマ閉じ込めと輸送に関する最近7年間(1999年に発刊されたITER Physics Basis後)の世界の研究の進展をまとめたものである。輸送物理一般、プラズマ中心部での閉じ込めと輸送,Hモード周辺ペデスタル部の輸送とダイナミクス及び周辺局在化モード(ELM)、そして、これらに基づいたITERの予測について、実験及び理論・モデリングの両面から体系的に取りまとめる。

論文

Edge pedestal physics and its implications for ITER

鎌田 裕; Leonard, A. W.*; Bateman, G.*; Becoulet, M.*; Chang, C. S.*; Eich, T.*; Evans, T. E.*; Groebner, R. J.*; Guzdar, P. N.*; Horton, L. D.*; et al.

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

周辺ペデスタル研究の進展とITERへ向けた予測について、最近の世界の研究をレビューする。周辺ペデスタル構造を決めるパラメータリンケージを明らかにするとともに、プラズマ過程と原子分子過程の両方がペデスタル幅を決定すること,周辺圧力勾配がピーリングバルーニング理論で系統的に説明できること,計測機器の進展によってELMの発展が明らかとなり非線形理論で説明可能であること,小振幅ELMの系統的同定がすすんだことなど、大きな発展があった。これらに基づいて、ITERのプラズマ性能の予測,ELMの小規模化等の検討が大きく進んだ。

論文

Understanding of the H mode pedestal characteristics using the multimachine pedestal database

波多江 仰紀; 杉原 正芳; Hubbard, A. E.*; Igitkhanov, Y.*; 鎌田 裕; Janeschitz, G.*; Horton, L. D.*; 大藪 修義*; Osborne, T. H.*; Osipenko, M.*; et al.

Nuclear Fusion, 41(3), p.285 - 293, 2001/03

 被引用回数:38 パーセンタイル:23.82(Physics, Fluids & Plasmas)

マルチマシーンデータベースを用い、次の課題に着目し解析した。すなわち、(1)将来炉の標準運転モードであるType I ELM中のペデスタル圧力の理解と予測、(2)良い閉じ込め性能でELM振幅が小さいType II ELMの運転領域の同定、(3)Type I, II ELM領域に接しているType III ELMの上限の理論予測との比較(4)高密度放電での閉じ込め劣化に関連する、コア閉じ込めとペデスタル温度との関係。この結果、スケーリングとモデルに基づくペデスタル圧力の表式は、実験データをおおむねスケールし、将来炉のための初期的な予測を可能にした。またType II ELMの運転領域としてqと$$sigma$$の範囲を示した。Type III ELMの上限の理論予測では、実験データの上限と良い一致を見た。コア閉じ込めが劣化し始めるとき、クリティカルなペデスタル温度があることを示した。

論文

Comparison of edge pedestal parameters for JT-60U and DIII-D H-mode plasmas

波多江 仰紀; Osborne, T. H.*; 鎌田 裕; Groebner, R. J.*; 滝塚 知典; 福田 武司; Lao, L. L.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 42(suppl.5A), p.A283 - A288, 2000/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:71.45(Physics, Fluids & Plasmas)

Hモード中は、プラズマの周辺部の温度・密度分布に輸送障壁が形成される。この周辺ペデスタル領域に関する理解は、ITER物理R&Dでの緊急研究課題の一つになっている。周辺輸送障壁の幅すなわち、ペデスタル幅に関するスケーリングは、各トカマク装置で異なる種々の結果が得られており、JT-60UのELM-freeHモードプラズマでは、ペデスタル幅が、($$sqrt{varepsilon}$$)$$rho_{pi}$$でスケールできることが実験的に確認されている。この研究では、これまでの研究をさらに発展させ、無次元パラメタ($$nu_{*}$$, $$rho_{*}$$, $$beta_{P}^{PED}$$)と、ペデスタルパラメタ(周辺温度, 密度, 圧力, ペデスタル幅など)の相関について議論を行った。また、ペデスタル構造、無次元パラメタ依存性について、米国のトカマク装置DIII-Dの実験結果との比較を行った。

論文

Reduction of recycling in DIII-D by degassing and conditioning of the graphite tiles

Jackson, G. L.*; Taylor, T. S.*; Allen, S. L.*; Ferron, J.*; Haas, G.*; Hill, D.*; Mahdavi, M. A.*; 中村 博雄; Osborne, T. H.*; Petersen, P. I.*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 162-164, p.489 - 495, 1989/04

 被引用回数:26 パーセンタイル:8.27(Materials Science, Multidisciplinary)

DIII-D装置のダイバータ板を、He Conditioningにより脱ガス処理を行い、リサイクリングを低減させ、プラズマ特性への影響を見た。この処理により、エネルギー閉じ込め時間は20%上昇し、プラズマ周辺でのH$$alpha$$バースト(ELM)の周期は長くなった。

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。

口頭

$$beta$$トカマクプラズマにおけるMHDモードの振舞い

松永 剛; 岡林 典男*; 相羽 信行; Boedo, J. A.*; Ferron, J. R.*; Hanson, J. M.*; Hao, G. Z.*; Heidbrink, W. W.*; Holcomb, C. T.*; In, Y.*; et al.

no journal, , 

$$beta$$運転では高い核融合出力密度を得ることができるため、コンパクトな原型炉が実現可能である。このような核燃焼・高$$beta$$領域では、MHD安定性が臨界安定に近く、かつ高エネルギーイオンが多数存在するためこれらの相互作用が予想される。JT-60U及びDIII-Dの壁なし$$beta$$限界を超える高$$beta$$プラズマにおいて、高エネルギーイオン駆動不安定性が発生し、抵抗性壁モードや周辺局在化モードを誘発する現象を観測した。これらの誘発現象には、高エネルギーイオン駆動不安定性によって増加した高エネルギーイオンの周辺への輸送がこれらの相互作用と関係していると考えられる。本講演ではJT-60UとDIII-Dでの実験結果について詳細に紹介する。

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