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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:10.4(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

Progress in the ITER physics basis, 3; MHD stability, operational limits and disruptions

Hender, T. C.*; Wesley, J. C.*; Bialek, J.*; Bondeson, A.*; Boozer, A. H.*; Buttery, R. J.*; Garofalo, A.*; Goodman, T. P.*; Granetz, R. S.*; Gribov, Y.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S128 - S202, 2007/06

 被引用回数:759 パーセンタイル:98.25(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文は、1999年の"ITER Physics Basis"の刊行以降に世界各国の装置で得られた重要な成果について記述したものであり、本章ではMHD安定性及びディスラプションに関する成果が記述されている。MHD安定性に関しては、(1)鋸歯状振動,(2)新古典テアリングモード,(3)抵抗性壁モード,(4)誤差磁場,(5)先進シナリオにおけるMHD安定性に関する成果が記述されていて、ディスラプションに関しては、(1)ディスラプションの特徴・原因・頻度,(2)サーマルクエンチによるエネルギーの損失と堆積,(3)電流クエンチのダイナミクス,(4)ディスラプションにより発生する逃走電子,(5)統合モデルとシミュレーション,(6)ディスラプションの回避・予測・緩和に関する成果が記述されている。

論文

Stabilization and prevention of the 2/1 neoclassical tearing mode for improved performance in DIII-D

Prater, R.*; La Haye, R. J.*; Luce, T. C.*; Petty, C. C.*; Strait, E. J.*; Ferron, J. R.*; Humphreys, D. A.*; 諌山 明彦; Lohr, J.*; 長崎 百伸*; et al.

Nuclear Fusion, 47(5), p.371 - 377, 2007/05

 被引用回数:56 パーセンタイル:88.64(Physics, Fluids & Plasmas)

DIII-Dの高ベータ放電においては$$m=2$$/$$n=1$$の新古典テアリングモード(NTM)が発生し、閉じ込め性能を大幅に劣化させ、また高頻度でディスラプションを引き起こす($$m$$, $$n$$はそれぞれポロイダルモード数及びトロイダルモード数)。NTMに起因する磁気島の発生場所に局所的に電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を行いNTMを安定化することにより、導体壁がないときのキンク限界までプラズマ圧力を高めることに成功した。モーショナル・シュタルク効果計測の結果を反映した実時間平衡計算により、NTMの安定化後もECCD位置を補正をし続けてNTMの発生を抑制した。同様の手法でNTMが発生する前からECCDを行うことにより、NTMの発生を予防し4%を超えるベータ値のプラズマを得ることに成功した。またNTMの予防に必要なパワーに関して、修正Rutherford式を用いた予測値と実験から得られた閾値でよい一致を示すことが明らかになった。

論文

Prevention of the 2/1 neoclassical tearing mode in DIII-D

Prater, R.*; La Haye, R. J.*; Luce, T. C.*; Petty, C. C.*; Strait, E. J.*; Ferron, J. R.*; Humphreys, D. A.*; 諌山 明彦; Lohr, J.*; 長崎 百伸*; et al.

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

DIII-Dでは、ITERハイブリッドシナリオと同等の運転領域で局所的な電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を用いることにより、m/n=2/1の新古典テアリングモード(NTM)の発生を予防することに成功した($$m$$はポロイダルモード数,$$n$$はトロイダルモード数)。モーショナルシュタルク効果計測の結果を用いて実時間で平衡計算を行い$$q=2$$の場所を追跡することが可能になった結果、NTMが発生していなくても$$q=2$$の場所に電流駆動を行うことが可能となった。この制御システムを用い、ITERハイブリッドシナリオと同等の運転領域で2/1モードを回避し、良好な閉じ込め性能を1秒間以上維持することに成功した。このときのベータ値は、導体壁がないときの理想キンクモードの安定性限界と同等であった。またこの実験結果は、修正Rutherford式を使ったモデル計算でよく説明できることも明らかになった。

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。

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:91.47(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

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

$$beta$$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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