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河上 翔*; 柴田 欣秀; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 滝塚 知典*; 河野 康則; 岡本 征晃*
Physics of Plasmas, 20(11), p.112507_1 - 112507_6, 2013/11
被引用回数：2 パーセンタイル：8.92(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uでは、ネオンガスパフディスラプションの電流クエンチの初期フェイズにおけるプラズマ電流減衰時間は、内部インダクタンスの増加率によって大きく影響されることが分かっていた。このフェイズにおいて内部インダクタンスが増加する理由を調べるために、電子温度(抵抗率)分布と電流密度分布の時間変化に着目し、数値計算を実施した。その結果、内部インダクタンスが増加する理由を解明した。電流クエンチ開始直後の電流密度分布は、数値計算で得られる定常状態での電流密度分布より広い分布をしており、電流密度分布はその後中心ピークした形へ変化していき、それに伴い内部インダクタンスが増加することを明らかにした。
柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 大山 直幸; 仲野 友英; 河野 康則; 松永 剛; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 6, p.1302136_1 - 1302136_4, 2011/10
トカマクで発生するディスラプション時の電流減衰時間のモデルとして、プラズマインダクタンス
とプラズマ抵抗
のみで電流減衰時間を表現する
モデルがその簡便さから使用されている。しかし、過去の著者らの研究において、(1)JT-60Uの密度限界ディスラプションでは電流減衰初期のプラズマインダクタンスの時間変化が電流減衰時間に大きく影響を与えているためモデルは実験結果を再現することができないこと、及び(2)プラズマインダクタンスの時間変化を考慮した「改良モデル」を用いることにより実験結果が再現できることがわかった。また、今回、このモデルの適用範囲が拡大できるか明らかにするため、別の原因で発生したディスラプションに対してモデルの検証を行った。対象としてはJT-60Uで発生した高
ディスラプションのデータを用いた。その結果、前回同様、プラズマインダクタンスの時間変化を考慮することにより実験での電流減衰時間とモデルによる予測値がよく一致することがわかった。このことは、ディスラプションの発生原因が異なる場合でもプラズマインダクタンスの時間変化を考慮した改良電流減衰モデルで電流減衰時間が記述できることを示している。
柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 岡本 征晃*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 仲野 友英; 大山 直幸; 河野 康則; 松永 剛; et al.
Nuclear Fusion, 50(2), p.025015_1 - 025015_7, 2010/01
被引用回数：17 パーセンタイル：52.35(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uのディスラプション時のプラズマ電流の減衰時間を計測データ及び平衡解析から得られた値を用いて詳細に評価した。まず、電子温度を電子サイクロトロン放射及びヘリウムI線強度比から独立に評価し、それぞれの値から得られたプラズマ抵抗値を
モデルに適用して電流減衰時間を算出した。その結果、実験での電流減衰時間が長い(
100ms)領域ではモデルから算出した電流減衰時間は実験値と同程度であるが、電流減衰時間が短くなるにつれモデルでの値が実験値よりも大きくなり、実験での電流減衰時間が10ms程度の領域ではモデルでの値は1桁程度大きく評価されることがわかった。次に、内部インダクタンスをCauchy Condition Surface法により評価するとともに、内部インダクタンスの時間変化を考慮するようにモデルを改良した。その結果、広い電流減衰時間の範囲(10100ms)に渡り実験値と近い値が得られ、内部インダクタンスの時間変化の効果が重要であることがわかった。
岡本 征晃*; 平石 剛大*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 仲野 友英; 河野 康則; 小関 隆久; 杉原 正芳
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00
トカマクプラズマのディスラプション時に真空容器にかかる電磁力を推定するにはプラズマ電流の減衰時間を正確に定めることが重要で、L/Rモデルによるとそれは電子温度の3/2乗に比例する。ディスラプション発生時には莫大な熱負荷がかかるためラングミュアプローブを挿入して電子温度を定めることは困難である。そこでわれわれは電子温度に敏感な中性ヘリウムの発光線を高時間分解で測定する方法を提案する。分光器では観測光を3分岐しそれぞれバンドパスフィルターを用いて分光し光電子増倍管を用いて計数する。この3本の発光線の強度比を衝突放射モデルによって解析する。この手法を幾つかのプラズマ装置で試し、ラングミュアプローブによる測定値と比較することで妥当性が確認された。ここではJT-60Uのディスラプション発生時の電子温度の時間変化を測定する。
梶田 信*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 仲野 友英; 高村 秀一*
no journal, ,
静電プローブを用いたプラズマ計測では、特に低温プラズマで電流-電圧特性に異常がみられ、電子温度・密度の評価が難しくなる場合がある。一方、電子温度・密度は分光計測(中性ヘリウムの発光線の強度比を用いる)からも評価することができる。この2つの計測法で得られた電子温度・密度を比較するため、名古屋大学のダイバータシミュレータNAGDIS-IIでヘリウムプラズマを用いて実験を行った。その結果、電子温度・密度ともに分光計測から得られた値の方がわずかに大きかった。この理由を放射輸送などの効果を取り入れた解析コードにより議論する。
平石 剛大*; 岡本 征晃*; 梶田 信*; 長谷部 優*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 仲野 友英
no journal, ,
He I線強度比を用いて電子温度・密度を高速で計測する方法を開発した。その手法を初めてJT-60トカマクプラズマに対して適用した結果を報告する。主プラズマ周辺部で発生したモードによる熱・粒子の吐き出しに伴い、ダイバータプラズマの電子温度が減少し、少し遅れて密度が増加する様子が観測された。この電子温度と密度の波形は、ダイバータ板に熱・粒子パルスが到達し、中性粒子が放出され、それが電離される際にプラズマがエネルギーを失い、また電離によってプラズマ密度が上昇した、と解釈される。
岡本 征晃*; 山田 隆*; 菊池 祐介*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 上杉 喜彦*; 小関 隆久; 河野 康則; 杉原 正芳
no journal, ,
ディスラプションの発生は、プラズマの電流密度分布や圧力分布等の内部構造に依存していることが報告されている。小型トカマク装置はプラズマ内部のプローブによる直接計測が可能であるため、ディスラプション物理の解明を目的として、磁気・静電プローブを用いたプラズマ内部計測実験を行った。その結果、プラズマ電流減衰直前において電子圧力の急減が観測された。この現象は、プラズマ粒子を閉じ込めていた磁気面が破壊されたことで、熱や粒子が壁へ吐出されたことが考えられる。また、電流密度分布の時間変化から、短い時間スケールで中心部の電流が吐出されており、m/n=2/1と3/1のティアリングモードとm/n=1/1内部モードとの相互作用が明らかとなった。また、トリプルプローブによる浮遊電位計測から、誘導電場により高速電子の生成が推測される。
柴田 欣秀*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 仲野 友英; 河野 康則
no journal, ,
JT-60Uのディスラプション時の電流減衰時間を、ヘリウムの発光線の強度比から評価した電子温度の関数として調べた。プラズマ断面積で規格化した電流減衰時間は、L/Rモデルでは電子温度に対して単調に増加するが、測定した電子温度に対しては明瞭な依存性は見られず、絶対値も1桁から2桁異なる。ヘリウム発光線から評価した電子温度がプラズマのどの位置の温度を反映しているかが明らかでないことが原因であると考えられる。
岡本 征晃*; 柴田 欣秀*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 仲野 友英; 河野 康則; 杉原 正芳*
no journal, ,
トカマクプラズマのディスラプション時に真空容器にかかる電磁力を推定するにはプラズマ電流の減衰時間を正確に定めることが重要で、プラズマをコイルと抵抗からなる閉回路とみたてたL/Rモデルによると、それは電子温度の3/2乗に比例する。ディスラプション発生時には莫大な熱負荷がかかるためラングミュアプローブを挿入して電子温度を定めることは困難である。そこでわれわれは電子温度に敏感な中性ヘリウムの発光線を高時間分解で測定する方法を用いた。熱クエンチ発生直後に、電子温度が急激に低下するのが観測された。この低下した後の電子温度をディスラプション中のプラズマの温度と考え、それと電流消滅時間の関係をデータベース化した。しかし、現状では明確な依存性は見いだされていない。
柴田 欣秀*; 岡本 征晃*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 河野 康則; 諫山 明彦; 坂本 宜照; 大山 直幸; 栗原 研一; 後藤 基志*
no journal, ,
トカマクにおいては、真空容器に大きな熱負荷や電磁力を与えるディスラプションを制御することは重要な研究課題である。真空容器に発生する電磁力を正確に見積もるためにはプラズマ電流減衰時間の正確な予測が必要であり、現在、プラズマ抵抗とインダクタンスを用いて電流減衰時間を評価するモデルが専ら用いられている。プラズマ抵抗率は電子温度
の3/2乗に反比例することから、モデルではプラズマ電流減衰時間はの3/2乗に比例する。まず、電流減衰時の電子温度を正確に評価するため、He線強度比法より電子温度を求め電子温度と電流減衰時間との関係を調べたが、モデルで予測されている依存性は実験データでは見られなかった。この原因として、モデルではとが時間的に変化しないという仮定のもとで導かれていることがあると考え、モデルにの時間変化を取り入れて電流減衰時間を再評価し実験値を比較したところ、広い電子温度の範囲で良い一致が見られた。これは電流減衰初期の減衰時間の評価ではプラズマ抵抗だけではなく、インダクタンスの時間変化も考慮しなければならないことを示している。
柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 岡本 征晃*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 大山 直幸; 仲野 友英; 河野 康則; 松永 剛; et al.
no journal, ,
トカマク型核融合装置で発生するディスラプション時の電磁力を評価する方法として電流クエンチ時の電流減衰時間の予測が考えられている。電流減衰時間の予測の一般的なモデルとしてモデルという単純なモデルがこれまでに使われてきた。過去の研究において限定的なディスラプション放電でモデル検証が行われ、電流減衰初期においてはモデルは成り立たず、プラズマインダクタンスの時間変化が電流減衰時間に大きく影響を与えていることがわかっている。しかし、さまざまなディスラプション放電でモデルの検証は行われておらず、一般的なモデル検証のためには広いパラメータの放電に対してモデルの検証が必要である。そこで、今回プラズマ表面の安全係数
が4-13、プラズマ断面積
が2.5-4m
という広いパラメータを有したディスラプション放電においてモデルの検証を行った。実際に評価した結果、このように広いパラメータ範囲におけるディスラプションでも各放電において電流減衰初期ではプラズマインダクタンスの時間変化が大きいことがわかった。すなわち、JT-60Uにおけるディスラプション時の一般的な電流減衰モデルにはモデルは適さず、プラズマインダクタンスの時間変化を考慮した電流減衰モデルが適していることがわかった。
プラズマにおけるディスラプション時の電流減衰時間決定モデルの評価柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 大山 直幸; 仲野 友英; 河野 康則; 松永 剛; et al.
no journal, ,
ディスラプション時に真空容器等に発生する電磁力は電流クエンチ時の電流減衰時間から予測される。これまで、電流減衰時間の予測の一般的なモデルとしてプラズマの抵抗とインダクタンスだけで評価するL/Rモデルが使われてきた。しかし、JT-60Uの多量ガスパフディスラプション放電では、電流クエンチ時でもプラズマ中心で数100eV程度の電子温度を有しており、電流減衰初期において単純なL/Rモデルが成り立たないことが過去に示された。今回、これまでとは電子温度,電流分布,加熱方式が異なる定常負磁気シア放電のディスラプション時の電流減衰時間と電子温度の関係について調べた。その結果、電流減衰初期の電子温度(
)が数倍程度異なっているにもかかわらず電流減衰時間がほぼ同じとなる場合があることがわかった。このことは今回解析した放電においてもプラズマ抵抗(
)以外の効果の寄与が電流減衰時間を決定するうえで重要であることを示唆している。
disruptive discharges of JT-60U柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 大山 直幸; 仲野 友英; 河野 康則; 杉原 正芳*
no journal, ,
トカマク型核融合装置で発生するディスラプション時の電流減衰時間の予測の一般的なモデルとして、インダクタンスLと抵抗Rの比のみで表すL/Rモデルが使用されている。しかし、過去の著者らの研究により、L/Rモデルでは実験データを再現できず、また電流減衰初期においてはプラズマインダクタンスの時間変化が電流減衰時間に大きな影響を与えていることが明らかになった。しかし、この検証では放射崩壊によるディスラプションのみを用いてモデルの検証を行っていたため、より一般的なモデル検証のためには別の原因で発生したディスラプションに対してもモデルの検証を行うことが必要となっていた。そこで、今回JT-60Uで発生した高ディスラプション放電においてモデルの検証を行った。その結果、CCSコードから得られた電流減衰時間は実験値から評価した電流減衰時間より短くなることがわかった。そこで、電子サイクロトロン放射計測から評価した電子温度分布を用いて電子温度のみが変化するという仮定でプラズマインダクタンスの時間変化率を評価し、CCSから評価できる値と比較した。その結果、電子温度の変化より求めた電流減衰時間は実験値よりはるかに大きくなり、電子密度等の変化も考慮する必要があることがわかった。
プラズマ放電におけるマイナーコラプスとメジャーディスラプション時の電流減衰時間の比較柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 大山 直幸; 仲野 友英; 河野 康則; 松永 剛; et al.
no journal, ,
JT-60Uの高プラズマ放電ではマイナーコラプスが多く発生している。マイナーコラプスはメジャーディスラプションとは違い、一度プラズマの閉じ込めは悪くなり電流減衰が始まるが、その後、定常状態時のプラズマ電流まで回復する。電流減衰時間の制御の観点から考えるとこの現象を調べることにより、電流減衰時間の制御方法の確立を行える可能性がある。そこで、本研究ではマイナーコラプスとメジャーディスラプション時の電子温度や磁気計測などのプラズマ計測を比較することにより両現象中の電流減衰の違いを調べた。両現象において電流スパイク発生中では内部インダクタンス
は上昇するが、マイナーコラプスの電流減衰時ではは緩やかに減少、ディスラプションの電流減衰時では引き続きが上昇するという異なる振舞いをしていた。また、マイナーコラプスでは電流減衰時のプラズマ周辺部の電子温度は一旦減少し、その後元の状態まで回復するが、ディスラプションでは周辺部からの減少が始まり、最終的にプラズマ中心部のも低下していた。このことから、電流減衰時のの変化が異なる原因の1つとしての振る舞いの違いが考えられる。
河上 翔*; 柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 梶田 信*; 岡本 征晃*; 諫山 明彦; 杉原 正芳*; 河野 康則; Lukash, V. E.*; et al.
no journal, ,
トカマク型核融合装置においてディスラプションが発生すると第一壁や真空容器に熱的・電磁的な負荷を与えることから、ディスラプションの特性を理解して予測・回避・緩和のためのシナリオを確立することが重要である。今回、ディスラプション発生時のプラズマ電流の減衰過程に関して、JT-60Uの実験結果と2次元軸対称MHD平衡計算コードDINAの計算結果とを比較した。DINAの計算においてパワーバランスから解いた電子温度を用いた場合、プラズマ電流の時間発展は実験に比べて速い減衰となった。また、電子温度を100eV、実効電荷を17で一定値として計算した場合、プラズマ電流とプラズマ断面積の減衰は実験とよい一致を示したが、ディスラプション開始時刻における内部インダクタンスは実験値より低くなり、その時間発展も実験とは異なるものとなった。DINAでは電子温度分布を一定としているが、実際は一定ではない分布を持つことから、内部インダクタンスの差異の原因の1つとして電子温度分布が考えられる。
柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 諫山 明彦; 河野 康則
no journal, ,
トカマク装置ではプラズマの平衡を維持するためにプラズマ電流が不可欠であるが、ヘリカル装置においては外部コイルのみで平衡維持に必要な磁場を形成することができる。トカマク装置とヘリカル装置の平衡におけるプラズマ電流の役割を明らかにするため、JT-60UとLHD(トロイダル電流あり)における放電終了時のプラズマパラメータの時間発展を比較した。プラズマ電流の波形に着目したところ、JT-60Uの放電終了時の多くにおいて電流ランプダウンの終盤に電流が一時的に急激に上昇(ポジティブスパイクと呼ぶ)し、その後に減衰していることがわかった。ポジティブスパイク発生前には電子温度の急激な減少が観測されており、一連の結果からディスラプションと同様の現象が発生していると推測される。一方、LHDではJT-60Uと同様の急激な電流減衰が観測されるものの、ポジティブスパイクは観測されないことがわかった。電流減衰前に電子温度の急激な変化が見られないことから、ヘリカル装置の急激な電流減衰はトカマク装置のそれとは違う原因で発生している可能性が高い。
河上 翔*; 大野 哲靖*; 渡邊 清政*; 柴田 欣秀; 岡本 征晃*; 宮本 斉児; 諫山 明彦; 杉原 正芳*; 河野 康則; Lukash, V. E.*; et al.
no journal, ,
JT-60Uの大量ネオンガスパフによるディスラプション実験において、電流減衰の初期段階の内部インダクタンスの増加が電流減衰時間の値に影響を及ぼすことが以前実験的に検証されたが、物理機構は十分解明されていなかった。本研究では、2次元軸対称シミュレーションコードDINAを用いることにより、ディスラプション中の電子温度分布がの時間変化に与える影響を解析した。まず、電子温度分布を空間一定とした場合、は実験での観測とは逆に時間的に減少した。次に、実験時に得られた電子温度分布を用いて計算した場合、は時間的にほぼ一定となった。このことは、電子温度の分布を考慮することでを実験結果を再現する方向に近づけることができるものの、これだけでは不十分であることを示唆している。今回の計算では計測の困難さなどの理由から空間一定としているパラメータがあるが、これらの分布もの時間変化に影響を及ぼしている可能性がある。
