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論文

Simulation of dynamics of carbon dust particles in the JT-60U tokamak

田中 康規*; Smirnov, R. D.*; Pigarov, A. Y.*; 竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 上杉 喜彦*; 大野 哲靖*

Journal of Nuclear Materials, 415(Suppl.1), p.S1106 - S1110, 2011/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.54(Materials Science, Multidisciplinary)

トカマク型核融合プラズマ装置の炭素材ダイバータ部には、高エネルギー密度流束が照射されるため、ダイバータ面からカーボンダストが発生する。このカーボンダストの発生は、ダイバータ板・第一壁の損耗,燃料トリチウムの取り込み・放射化,炉心プラズマ中への不純物混入等多くの問題に関与する課題である。このため、このダスト輸送を詳細に把握し制御することが重要である。本報では、ダスト輸送コードDUSTTを改良し、JT-60Uの背景プラズマに対して適用できるようにした。背景プラズマのパラメータはUEDGEコードを用いて計算し、この背景プラズマ中でのダスト粒子の3次元挙動を計算した。本計算においては、ダスト粒子の質量保存,エネルギー保存式も同時に解き、ダスト粒子の半径変化,温度変化も計算している。その結果、ダスト粒子の寿命はその軌道の最終段階でのイオン密度に依存することがわかった。

論文

Release conditions of dust particle from plasma-facing wall in oblique magnetic field

冨田 幸博*; 河村 学思*; Smirnov, R.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.164 - 167, 2009/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:24.54(Materials Science, Multidisciplinary)

斜行磁場中の垂直なプラズマ対向壁からの球形ダスト粒子の離脱条件を解析的に調べた。ポアソン方程式か、ダストの離脱力を決めるシース電場を求めた。電場は磁場が壁に平行に近くなるほど減少する。一方プラズマ流は適度な斜行磁場中で大きくなる。強磁場中では、離脱可能ダストの半径は磁場入射が壁に鋭角になるほど大きくなる。また弱磁場中では、中間入射角のとき、すべてのダストが離脱できなくなる。

論文

Effect of oblieque magnetic field on release conditions of dust particle from plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R. D.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Contributions to Plasma Physics, 48(1-3), p.285 - 289, 2008/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:24.8(Physics, Fluids & Plasmas)

球形ダスト粒子がプラズマ対向壁から離脱するときの条件に対する斜め磁場の効果を解析的に調べた。解析では、プラズマの磁気プレシースとデバイシースを取り入れた。デバイシース電位降下が大きいとき、壁から離脱するダスト粒子の半径は、磁場の壁入射角度が浅くなるほど、大きくなることがわかった。この半径より小さいダストだけが壁から離脱できる。一方電位降下が小さいとき、磁場の壁入射角度によっては、すべてのサイズのダスト粒子が離脱できなくなることがわかった。この解析結果は、壁から離脱するダストのサイズを、プラズマ密度,温度又は壁バイアス電位で制御できる可能性を示した。

論文

Effect of truncation of electron velocity distribution on release of dust particle from plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; 中村 浩章*; Zhu, S.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.264 - 269, 2007/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:37.26(Materials Science, Multidisciplinary)

プラズマ中のダスト粒子の挙動の研究では、プラズマはマクスウェル分布していると通常仮定している。ダスト粒子が導体壁上にあるとき、それを取り囲むプラズマはマクウェル分布と大きく異なっている。この論文では、電子速度分布の先端が切り取られていることにより、球形ダスト粒子がプラズマ対向壁から離脱するための条件がどう影響されるかを調べる。先端切取りの効果により、壁上の電場は、マクスウェル分布のときに比べ大きくなる。この増大された壁上電場のために、重力が壁から離れる向きにあるときのダスト粒子離脱条件領域は小さくなる。

論文

Benchmarking of lower hybrid current drive codes with application to ITER-relevant regimes

Bonoli, P. T.*; Harvey, R. W.*; Kessel, C. E.*; Imbeaux, F.*; 及川 聡洋; Schneider, M.*; Barbato, E.*; Decker, J.*; Giruzzi, G.*; Forest, C. B.*; et al.

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

ITER定常運転プラズマを対象として、複数の低域混成波(LH)電流駆動計算コードを比較した。LH計算コードには2次元速度空間で定義されたFokker-Planck方程式をもとにしたコード及び1次元Fokker-Planck方程式をもとにしたコードがあり、2次元Fokker-Planckコードは最も適切な取り扱いをしていると考えられる。2次元コードは1次元コードに比べて40%程度大きいLH駆動電流を与えた。また、捕捉粒子効果の考慮も重要であることもわかった。さらに、バウンス平均したオペレータの導入が必要であり、バウンス平均していないオペレータを使った場合30%程度計算結果が異なる。また、核融合生成物である3.5MeVのアルファ粒子によるLH波の吸収を評価した。アルファ粒子の異常輸送によりLH波吸収領域でのアルファ粒子密度が増加する場合でも、LH波周波数3.7GHzにおいてアルファ粒子により吸収されるLHパワーは7.7%と小さく、LH機器の設計値である5GHzに対して周波数選択の余地があることを示した。

論文

Charging of a spherical dust particle on a plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1015 - 1018, 2006/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:7.08(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ対向壁上の球状導体ダスト粒子に誘起される電荷について解析的に調べた。外部の非一様電場を軸方向座標の多項式により近似し、境界条件の取り入れのために双曲座標を導入する。この解析結果を導体壁前のデバイシースの非一様電場中にあるダストに適用した。この結果はダストを取り巻くプラズマによる遮蔽効果の解析に有効である。

論文

Gravitational effect on release conditions of dust particle from plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Contributions to Plasma Physics, 46(7-9), p.617 - 622, 2006/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:14.69(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ対向壁から球形ダスト粒子が離脱する条件に対する重力の影響を1次元解析により調べた。重力が壁方向に向くとき、ダストの離脱には大きな電場力が必要であり、そのための壁電位閾値が存在する。閾値はプラズマ条件に依存せず、ダスト粒子形状に依存する。壁電位が閾値より大きく、かつダスト粒子半径がある臨界半径より小さなとき、ダストは離脱できる。重力が大きいと臨界半径は小さくなる。プラズマ密度,温度等のプラズマパラメータ及び壁電位を変化させて、壁から離脱するダスト粒子の大きさを制御できることが、この解析結果からわかった。

論文

Two-dimensional simulation study on charging of dust particle on plasma-facing wall

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; Tskhakaya, D.*; 滝塚 知典

Contributions to Plasma Physics, 46(7-9), p.623 - 627, 2006/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:21.58(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ対向壁上に導電性球形ダスト粒子があるときのシース形成について自己無撞着な2次元粒子シミュレーションを行った。ダストの荷電状態のダスト粒子半径依存性及び壁電位依存性を求め、そのシミュレーション結果を簡単な1次元モデルと比較した。1次元モデルの有効性を評価することが可能となった。また、プラズマによるダスト粒子の遮蔽効果を明らかにすることができた。

論文

Reduction of sheath potential and particle flux at a target plate by negatively charged dust particles

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; Chutov, Y.*; 高山 有道*; 滝塚 知典

Contributions to Plasma Physics, 44(1-3), p.162 - 167, 2004/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:6.52(Physics, Fluids & Plasmas)

負に荷電したダスト粒子によるダイバータ板近傍の静電ポテンシャルの形成を1次元運動論解析で調べた。負に荷電したダスト粒子はイオンシースポテンシャル降下を減少させる。大きな径(100micron)のダスト粒子はそのダスト/プラズマ密度比が小さい時($$sim$$10to-8)でも大きくポテンシャル降下を減少させる。プラズマの粒子束はダスト粒子による吸収で顕著に減少する。

論文

Particle simulation study of dust particle dynamics in sheaths

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

Contributions to Plasma Physics, 44(1-3), p.150 - 156, 2004/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:32.11(Physics, Fluids & Plasmas)

ダイバータプラズマの静電シースとイオン化プレシースの中のダスト粒子運動について運動量及び荷電方程式を用いた数値シミュレーションを行った。ダイバータにおけるプラズマパラメータの分布は電子衝突電離効果を取り入れた粒子シミュレーションにより求めた。大きな半径のダスト粒子はダイバータ板から放出されないことを見いだした。中サイズ半径の粒子は放出されるが板に戻される。小半径の粒子は板から放出されてダイバータプラズマ中の平衡位置に到達する。

論文

Reduction of sheath potential and dust ion-acoustic wave by negatively charged dust particles

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; Chutov, Y.*; 高山 有道*; 滝塚 知典

プラズマ・核融合学会誌, 6, p.429 - 432, 2004/00

負に荷電したダスト粒子による壁近傍の静電ポテンシャル形成について1次元運動論解析を行った。不動のダスト粒子が一様に分布する系を考える。負荷電のダスト粒子はイオンシース電位降下を減少させることを明らかにした。壁板上で電場を零とするダスト密度の閾値がある。この閾値より高いダスト密度において、静電ポテンシャルに固定振動が現れる。この振動がダストイオン音波であることを明らかにした。その波長はデバイ長のオーダーであり、ダストの密度により係数が決まる。

論文

Dynamics of dust particles coming off a wall in sheath and presheath

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

プラズマ・核融合学会誌, 6, p.752 - 755, 2004/00

壁近傍プラズマ中のダスト粒子の挙動について広範囲のダスト半径と質量にわたって調べた。ダストの運動と荷電の方程式を、1次元粒子モデルで模擬されたシースと電離プレシースを持つプラズマ中で解析した。ダスト粒子に働く電場とイオン抗力の釣り合いから、挙動について二つの臨界ダスト半径が存在することがわかった。第一臨界半径は壁に留められる条件、第二臨界半径は短域振動から長域振動への遷移条件である。遅延荷電効果により、第二臨界半径の質量依存性は不明瞭になる。

論文

Particle simulation study of dust particle dynamics in sheaths

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

NIFS-784, 9 Pages, 2003/10

ダイバータプラズマ中のダスト粒子運動について運動量及び荷電方程式を用いた数値シミュレーションを行った。本報では、ダイバータにおけるプラズマパラメータの分布は電子衝突電離効果を取り入れた粒子シミュレーションにより求めた結果、大きな半径のダスト粒子はダイバータ板から放出されないことを見いだした。また、中サイズ半径の粒子は放出されるが板に戻されること、小半径の粒子は板から放出されることについて記述している。

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