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安岡 由美*; 藤田 博喜; 辻 智也; 辻口 貴清*; 佐々木 道也*; 宮崎 寛之*; 橋間 俊*; 保田 浩志*; 嶋田 和真; 廣田 誠子*
保健物理(インターネット), 57(3), p.146 - 155, 2022/12
本報告は、2022年6月28日と29日の2日間にわたり開催された日本保健物理学会(JHPS)の2022年度企画シンポジウムの概要について報告するものである。なお、今回の企画シンポジウムはオンライン会場を主としつつも、希望者が集まって顔を合わせながら接続できる会場が設置されるハイブリッド開催の運びとなり、対面の良さとオンラインの手軽さの両方の利点を上手く活かせたシンポジウムであった。
Li, Y.; 廣田 貴俊*; 板橋 遊*; 山本 真人*; 関東 康祐*; 鈴木 雅秀*; 宮本 裕平*
JAEA-Review 2020-011, 130 Pages, 2020/09
JAEA-Review-2020-011.pdf:9.31MB
日本原子力研究開発機構(以下「原子力機構」という。)では、原子炉圧力容器(Reactor Pressure Vessel、以下「RPV」という。)の構造健全性評価手法の高度化を目的として、加圧熱衝撃等の過渡事象が発生した場合のRPVの破損確率や破損頻度を評価する確率論的破壊力学解析コードPASCALを開発し、最新知見に基づきその機能の高度化を進めてきた。RPVの構造健全性評価において確率論的手法の活用が期待される中で、RPVの健全性評価に係る取組みを促進するためには、複数の機関によりPASCALの機能確認を実施し、その確認過程や確認結果を取りまとめておくことにより、コードの信頼性を向上させることが不可欠である。こうした背景を踏まえ、原子力機構では開発機関以外の当該分野に関する専門家の下で、本コードの信頼性を向上させることを目的として、PASCAL信頼性向上ワーキンググループを設立し、PASCALのソースコードレベルの確認を含む機能確認を行ってきた。本報は、PASCAL信頼性向上ワーキンググループの平成28及び29年度における活動内容及び活動結果についてまとめたものである。
相羽 信行; 廣田 真*
Physics of Plasmas, 22(8), p.082512_1 - 082512_9, 2015/08
被引用回数：2 パーセンタイル：9.03(Physics, Fluids & Plasmas)回転トカマクプラズマ中におけるMHD不安定性の励起メカニズムを数値的に発見した。このメカニズムは抵抗性壁モードと安定なMHDモードとの相互作用である。トカマクプラズマが、負磁気シアアルヴェンモードのような安定な固有モードを持つ場合、この安定なモードのドップラーシフト周波数が0に近づいた際にMHD不安定性が励起される。この不安定化は、固有モードがアルヴェン連続スペクトル中にあっても引き起こされることから、高ベータ定常トカマクプラズマを原型炉などで実現する際には、プラズマの回転周波数帯に安定な固有モードが存在しないように安全係数分布を制御することが重要であることが本研究によって明らかにされた。また、この物理メカニズムを分散関係式を用いて解析することで、回転によって不安定モードが抵抗性壁モードから安定なMHDモードに切り替わることを陽に示すことに成功した。
相羽 信行; 廣田 真*
Physical Review Letters, 114(6), p.065001_1 - 065001_5, 2015/02
被引用回数：2 パーセンタイル：20.46(Physics, Multidisciplinary)回転トカマクプラズマ中におけるMHD不安定性の励起メカニズムを数値的に発見した。このメカニズムは抵抗性壁モードと安定なMHDモードとの相互作用である。トカマクプラズマが、負磁気シアアルヴェンモードのような安定な固有モードを持つ場合、この安定なモードのドップラーシフト周波数が0に近づいた際にMHD不安定性が励起される。この不安定化は、固有モードがアルヴェン連続スペクトル中にあっても引き起こされることから、高ベータ定常トカマクプラズマを原型炉などで実現する際には、プラズマの回転周波数帯に安定な固有モードが存在しないように安全係数分布を制御することが重要であることが本研究によって明らかにされた。
相羽 信行; 廣田 真*; 松山 顕之; 白石 淳也; Bierwage, A.
Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2014) (CD-ROM), 8 Pages, 2014/10
回転トカマクプラズマ中におけるMHD不安定性の励起メカニズムを数値的に発見した。このメカニズムは抵抗性壁モードと安定なMHDモードとの相互作用である。トカマクプラズマが、負磁気シアアルヴェンモードのような安定な固有モードを持つ場合、この安定なモードのドップラーシフト周波数が0に近づいた際にMHD不安定性が励起される。この不安定化は、固有モードがアルヴェン連続スペクトル中にあっても引き起こされることから、高ベータ定常トカマクプラズマを原型炉などで実現する際には、プラズマの回転周波数帯に安定な固有モードが存在しないように安全係数分布を制御することが重要であることが本研究によって明らかにされた。
廣田 真; Morrison, P. J.*; 石井 康友; 矢木 雅敏; 相羽 信行
Nuclear Fusion, 53(6), p.063024_1 - 063024_11, 2013/06
被引用回数：9 パーセンタイル：37.34(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク放電中の鋸歯状崩壊現象を理解するため、無衝突プラズマ中で起きる速い磁気リコネクションのメカニズムを解析した。非線形の変位写像に対するエネルギー原理を用いることで、電子慣性によって駆動されるテアリングモードの爆発的成長を解析的に予測した。(磁気島の幅が電子慣性長より大きくなった)非線形段階では、ポテンシャルエネルギーの減少が線形段階よりも急峻になることがわかり、それがリコネクションの加速の要因となる。こうした理想流体の運動による自由エネルギーの解放は、非定常かつ強い対流を生成し、それは高温トカマクにおける小さな散逸効果では阻止することはできない。スラブ配位における直接数値シミュレーションにより、この非線形成長の理論予測を立証した。
堺 公明; 山野 秀将; 田中 正暁; 小野 綾子; 大島 宏之; 金子 哲也*; 廣田 和生*; 佐郷 ひろみ*; Xu, Y.*; 岩本 幸治*; et al.
Proceedings of 15th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-15) (USB Flash Drive), 13 Pages, 2013/05
流動励起振動評価手法の開発は、手法の検証に旋回流と偏流条件を含む高レイノルズ数条件の個別効果実験データ利用できるというマイルストーンに達した。一方、技術基準はナトリウム冷却高速炉の設計者向けに文書化することが好ましい。このような背景から、JSFRホットレグ配管の流動励起振動設計ガイドラインが文書化された。本論文では主要な個別効果実験に基づいた流動励起振動設計手法ガイドラインとガイドラインの補足的な解釈も記述する。
相羽 信行; 白石 淳也; 廣田 真
Plasma Physics and Controlled Fusion, 55(7), p.074002_1 - 074002_7, 2013/00
被引用回数：6 パーセンタイル：26.2(Physics, Fluids & Plasmas)トロイダル方向の回転だけでなくポロイダル方向の回転も考慮することでドップラーシフトの効果が変化し、これまで理論・数値的に解釈が困難であったエッジローカライズモードの性質がトロイダル回転の向きに依存するという実験観測結果を定性的に再現できることを明らかにした。また、プラズマ回転の影響を考慮することで、負磁気シアプラズマにおいては回転の影響で一度安定化された抵抗性壁モード(RWM)が再不安定化されうることを数値的に明らかにした。なお、このような再不安定化は正磁気シアプラズマでは見られなかった。この再不安定化の原因が安定化されたRWMと安定な理想MHDモードの結合による可能性が高いことを示すとともに、回転していないプラズマでは決して不安定化することのない、壁なしベータ限界よりも低いベータ値のプラズマにおいてもこの再不安定化されたRWMは不安定化しうることを明らかにした。
相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 大山 直幸; 小島 有志; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏
Nuclear Fusion, 51(7), p.073012_1 - 073012_9, 2011/07
トカマクプラズマにおいて、トロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。特に、ELMに対して重要と考えられる中間波長MHDモードの安定性は、この不安定化機構と回転シアによる局所的なドップラーシフトから生じる安定化との兼ね合いで決まっていることを示した。これらの理解の元に、JT-60Uプラズマにおけるtype-I ELMy H-modeプラズマの数値実験解析を行い、プラズマ回転によりELMの性質が変化している放電の比較から、プラズマ回転によるMHDモードの不安定化が重要な役割を果たしていることを明らかにした。
n eigenmodes廣田 真; 相羽 信行
Nuclear Fusion, 51(7), p.073037_1 - 073037_10, 2011/07
被引用回数：2 パーセンタイル：10.41(Physics, Fluids & Plasmas)高エネルギー粒子等によって不安定化されたアルフベン固有モードの飽和機構を理解するため、磁気流体(MHD)方程式の非線形性に起因するモード間相互作用の効果を調べた。モード間の結合係数や共鳴条件からのズレを評価することにより、モードの線形成長があるレベルの振幅に抑制されることがわかる。弱非線形摂動に対するラグランジアン理論に基づき、結合係数を数値的に直接計算するコードを、円柱系及びトーラス系においてそれぞれ開発した。アルフベン固有モードは、比較的小さいとされる圧縮的な揺動成分を介して互いに相互作用することが理論的に導かれる。低ベータのプラズマを仮定することにより、円柱プラズマにおいてその結合係数を解析的に評価することができた。トーラスプラズマの反転磁気シアアルフベン固有モードでは、ポロイダル側帯成分の存在により、さらに強い結合が起きる。
相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 大山 直幸; 小島 有志; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏
Nuclear Fusion, 51(7), p.073012_1 - 073012_9, 2011/07
被引用回数：21 パーセンタイル：65.79(Physics, Fluids & Plasmas)type-I ELMの原因である周辺MHD安定性に対するプラズマ回転が与える影響の物理機構について、新たな定義のポテンシャルエネルギーを導入することで議論した。それにより、トロイダル方向の差動回転により周辺MHDモードが不安定化する原因は、不安定モードの振動数とプラズマの回転周波数との間のずれであることを明らかにした。また、この不安定化効果は不安定モードが比較的短波長である場合により有効であることも新たに示した。この理解をもとに、新たにポロイダル方向の回転を考慮した解析を行い、その結果、プラズマがトロイダル・ポロイダルのどちらにも回転している場合、回転が安定性に与える影響が回転の向きによって変化することを示した。この傾向は、JT-60Uで実験的に確認されている"プラズマのトロイダル回転方向に対するELMの性質の依存性"を説明しうるものである。
廣田 真
Journal of Plasma Physics, 77(5), p.589 - 615, 2011/01
被引用回数：5 パーセンタイル：23.35(Physics, Fluids & Plasmas)理想磁気流体力学(MHD)の弱非線形現象を支配する新たな運動方程式を、よく知られた線形の運動方程式の自然な拡張として導いた。この導出はMHDに対するラグランジアンを、プラズマの変位に関して三次オーダーまで摂動展開することによって可能となるが、それにはLie級数展開の応用が必要となる。得られた運動方程式は二次の非線形項を含み、これがモード間の結合を引き起こす。その際、三次オーダーのポテンシャルエネルギーはモード間の結合の強さ(結合係数)を評価するための指標となる。従来の理論と比べると、結合係数は線形理論で馴染みの深い変位ベクトル場を用いて表現され、固定境界と自由境界の場合を両方扱うことができる。
廣田 真
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.463 - 470, 2010/08
プラズマの安定性に対する流れの効果は近年の核融合研究や宇宙物理学において解明すべき重要な課題である。これに対する普遍的な理解を得るには、ハミルトン系の安定性理論に基づいて、モードのエネルギー(波のエネルギー)を求めるのが有用であり、負のエネルギーを持つモードは流れの不安定性メカニズムと密接に関連する。ただし、プラズマのような無限自由度系において存在する連続モード(連続スペクトル)に対しては、波のエネルギーの計算は自明でなく、ハミルトン力学的研究も未開拓である。本研究は揺らぎの作用・角変数表示を行うことに成功し、連続モードも含めた波のエネルギーの計算法を導出した。これにより、さまざまな流れの不安定性に対して力学的な解釈が可能となる。
廣田 真; 徳田 伸二*
Physics of Plasmas, 17(8), p.082109_1 - 082109_11, 2010/08
被引用回数：8 パーセンタイル：30.82(Physics, Fluids & Plasmas)準定常な平衡状態における固有モードや連続モードに対し、波の作用の不変性を一般的な枠組みにおいて詳しく調べた。この枠組みは理想磁気流体力学系やVlasov-Maxwell系を含んでいる。変分原理に対する平均化法を駆使することにより、それぞれのモードに相当する波の作用は、その振動数(スペクトル)が他のものと十分に孤立していれば保存することを示した。一方で、振動数が近いモード間では波の作用の保存的な交換が起こりうる。この一般的な保存則の応用例として、固有モードと連続モードの共鳴が引き起こすランダウ減衰(又は成長)を考察した。減衰率(又は成長率)は連続スペクトルの線幅(=位相混合の速さ)と密接に関係しており、これは波の作用の保存則を課すことによって見積もることができる。これにより、分散関係式の解析接続を用いる従来の手法とは別の観点から減衰/成長率を評価できる。
dependence of the growth rate of the edge localized MHD modes相羽 信行; 廣田 真
Proceedings of 37th European Physical Society Conference on Plasma Physics (EPS 2010) (CD-ROM), 4 Pages, 2010/06
トカマクプラズマにおけるトロイダル差動回転は、ELMの原因とされる周辺MHDモードを不安定化することをこれまでに示してきたが、一方で解析対象のMHDモードがより短波長になるとむしろ回転はMHDモードを安定化することが確認されている。本研究は、トロイダル差動回転が安定化効果及び不安定化効果の双方を持ちうるという性質に着目し、不安定モード(周辺バルーニングモード)の成長率の波長(トロイダルモード数)に対する依存性のトロイダル差動回転による変化について数値解析を行った。その結果、回転がない場合には波長が短くなるにつれて成長率が高くなる依存性を持つのに対し、差動回転を加えると不安定化効果・安定化効果をそれぞれ受けてその依存性が極大値を持つことを示した。さらに、この差動回転により、回転なしの場合で最も不安定であったMHDモードとは異なる新たな不安定MHDモードが発生し、これらの成長率がほぼ一致する(ただし振動数は異なる)場合にはそれらの重ね合わせによってプラズマが線形成長とは異なる時間発展をすることを示した。
相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二
Nuclear Fusion, 50(4), p.045002_1 - 045002_13, 2010/04
被引用回数：22 パーセンタイル：64.1(Physics, Fluids & Plasmas)トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモードの原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに不安定化の原因がプラズマの回転周波数と不安定モードの振動数のずれに起因することを明らかにした。また、この不安定化機構は不安定モードが短波長であるほど強い影響を持つが、一方で短波長モードは回転シアによって局所的なドップラーシフトにより安定化することも知られており、周辺局在MHDモードで重要となる中間波長MHDモードの安定性は双方のかねあいで決まっていることを示した。
廣田 真; 吉田 善章*
Journal of Math-for-Industry (Internet), 1, p.123 - 130, 2009/10
シア流中の揺らぎは複雑な挙動を示し、指数関数的な不安定モードが存在しない場合でも揺らぎは代数的な成長をする可能性がある。シア流は揺らぎの固有値問題を非エルミートにすると同時に、無限自由度系に特有な連続スペクトルをもたらす。本論文ではラプラス変換を用いて初期値問題を解くことにより、音響モード(点スペクトル)と渦の連続モード(連続スペクトル)の共鳴に起因する新しい代数的不安定性を見つけた。このような共鳴は速度シアの変化が音速に近くなると起こり得る。
廣田 真
Plasma Science and Technology, 11(4), p.409 - 412, 2009/08
被引用回数：4 パーセンタイル：16.48(Physics, Fluids & Plasmas)任意の磁気流体波に対し、連続モードとの共鳴、及び導体壁の微小な電気抵抗が影響した場合の安定性を、波のエネルギー(より正確には波の作用)の観点から議論する。プラズマが流れを持っていると、負の摂動エネルギーを持つ波が存在し得る。これは抵抗壁におけるエネルギー散逸によって不安定化し、その成長率は散逸の時定数によって決まる。共鳴の効果はアルフベン波や遅い磁気音波の連続モードに対する波のエネルギーを知ることで議論できる。一般に、同符号のエネルギーを持つ連続モードとの共鳴は(位相混合による)減衰をもたらし、異符号同士の共鳴では不安定性が引き起こされる。
廣田 真; 福本 康秀*
Physics of Plasmas, 15(12), p.122101_1 - 122101_11, 2008/12
被引用回数：14 パーセンタイル：46.66(Physics, Fluids & Plasmas)理想磁気流体力学において現れるアルフベン波と遅い磁気音波の連続スペクトルに対し、特異な固有モードを作用・角変数で表した。この正準変換により、摂動のエネルギーは標準形、すなわち固有振動数と作用変数の積で表せる。ラプラス変換を活用することにより、他の連続スペクトルに対する既存の理論と比べ、この作用・角変数表示を効率的に行えることが示される。プラズマの流れが磁場に平行でない、又は超音速である領域では、負のエネルギーを持った特異な固有モードが必ず存在する。これらの特異なモードはどのような外力が加えられても中立安定な波のままであるが、異符号のエネルギーを持つ他のモードと相互作用することで不安定性を引き起こし得る。
平岡 徹; 迫 淳; 高野 秀機; 刑部 真弘; 石井 武*; 佐藤 充*; 廣田 耕一*; 小西 隆男*
JAERI-M 89-069, 204 Pages, 1989/06
高速増殖炉の本来の意義の燃料増殖を高めることを狙って、金属燃料の持つ特徴を活かしたFPガスパージ/チューブインシェル型金属燃料集合体の概念を提案した。これにより、炉心における燃料の体積比は50%を超え、極めて硬い中性子スペクトルが得られた。その燃料集合体の構造、製造、およびFPガスパージ機構の工学的成立性を検討し、その見通しを得た。さらに、期待したように、充填ナトリウムの良好なFP捕捉性能が効いて、遮蔽、カバーガス処理系に問題はないことが判った。その他、炉内構造、燃料取扱設備などを検討し、増殖比1.84、炉内増倍時間6.7年という高い増殖性能を持つ670MWeの高増殖高速炉の概念をまとめた。
