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谷 啓二*; 本多 充; 及川 聡洋*; 篠原 孝司; 草間 義紀; 杉江 達夫
Nuclear Fusion, 55(5), p.053010_1 - 053010_15, 2015/05
被引用回数：3 パーセンタイル：13.75(Physics, Fluids & Plasmas)ITERの典型的な運転シナリオにおいて、テスト・ブランケット・モジュール(TBM)およびトロイダル磁場リップルの誤差磁場中でのアルファ粒子およびNBI生成高速イオンの損失に及ぼす径電場効果について、軌道追跡モンテカルロコードと1次元輸送コードを繰り返して用いる手法を適用して評価した。高速イオンに対する径電場効果は、運転シナリオと誤差磁場に強く依存する。径電場は、ITERの比較的高い安全係数分布の9MA運転シナリオ中においてTBM由来誤差磁場に対して重要である。トロイダル磁場リップル中ではいずれの運転シナリオでも径電場効果は小さい。径電場は高速イオンのトロイダル・プリセッション角を変化させ、誤差磁場との共鳴条件を変化させる。このことがITERのTBM誤差磁場中で高速イオンに対する径電場効果の原因と考えられる。
宮本 斉児*; 諫山 明彦; Bandyopadhyay, I.*; Jardin, S. C.*; Khayrutdinov, R. R.*; Lukash, V.*; 草間 義紀; 杉原 正芳*
Nuclear Fusion, 54(8), p.083002_1 - 083002_19, 2014/08
被引用回数：32 パーセンタイル：82.75(Physics, Fluids & Plasmas)DINAとTSCはトカマク平衡に関する2次元コードであり、ITERのディスラプションのモデリングにも用いられている。今回、そのモデリングの妥当性を検証するために、ベンチマークシナリオを用いたコード間の比較を行った。DINAとTSCで用いられているシミュレーションモデルは、抵抗性拡散の時間スケールで等価であるはずであるが、コード間の違いをベンチマークで考慮することが困難であったため、これまで、互いに同じ結果が得られるかどうかは確かめられていなかった。本論文では、コード間の違いを考慮して比較を行えば、高い精度でシミュレーション結果が一致することを示した。このことは、DINAやTSCによる計算結果が正しいことの裏付けになるが、ハロー電流および第一壁中の電流経路が関わってくるときには、単純に結論することはできない。DINAでは磁気面平均された電流拡散方程式が解かれているため、近似的にしか壁の中を流れる電流を扱うことができない。一方、TSCはそのような制限なしにより現実的にハロー電流を取り扱うことができる。TSCコードとの比較により、DINAのハロー電流モデルを検証した。また、各コードの特性を明らかにし、ITERでのディスラプション予測に及ぼす影響を議論した。
河野 康則; 伊丹 潔; 川端 一男*; 草間 義紀; 笹尾 眞實子*; Peterson, B.*; 間瀬 淳*
プラズマ・核融合学会誌, 90(2), P. 164, 2014/02
ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第25回会合が、平成25年10月15日-18日の日程で仏国サン・ポール・レ・デュランスのITER機構において開催された(出席:約80名、内訳/日本:5名、米国: 4名、韓国: 2名、EU: 23名、中国: 3名、ロシア: 8名、インド: 6名、ITER機構:約25名)。会合では、最重要課題である「損失アルファ粒子計測手法の開発」、「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」、「壁反射光の光学計測への影響」及び「プラズマ制御システムに関する計測要求の検討」に対する取り組み状況を中心に議論を行った。会合の初日には、ITER機構のプログレス会合が開催され、同機構におけるITER計測装置の設計検討の状況について報告・議論が行われた。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔; 草間 義紀
Nuclear Fusion, 54(1), p.013012_1 - 013012_8, 2014/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Fluids & Plasmas)本研究は、磁場閉じ込めプラズマの安定性に関連する指標である安全係数を高精度に算出する手法を提案する。安全係数は磁気面上での周回積分で定義されるが、この周回積分を計算する際の課題が二つあった。一つ目は計算格子点上のポロイダル磁束の情報(離散的な情報)から積分路となる等高値線(滑らかな曲線)を求めることであり、二つ目は特異点(被積分関数が無限大に、積分路が点に漸近)となる磁気軸での計算である。一つ目の課題を解決する方法として、磁場の情報を拘束条件とした補間方法を考案した。二つ目の課題を解決する方法として、磁気軸以外の安全係数の値から外挿する手法を考案した。安全係数の定義から、磁気軸において
(
は安全係数、
はプラズマ小半径)となることに利用した外挿を行う。以上の二つの解決方法を組み合わせることにより、高精度な安全係数分布の算出が可能となる。従来の手法と異なり、微小領域でのポロイダル磁束の線形性を仮定していないため、磁気軸付近であっても精度が低下しないという特徴を有している。
竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 草間 義紀
Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2402147_1 - 2402147_5, 2013/11
ダイバータIRサーモグラフィーはITER計画において日本が調達する計測装置の一つであり、その概念設計の進展について報告する。光学系に関して、ミラーサイズを小さくし、迷路構造を設けることで計測要求の空間分解能と中性子遮蔽をともに満たす新しい光学系の設計を進めている。必要とされる測定精度を実現するために、検出信号と各種ノイズ(制動放射光,検出器ノイズ,光学部品の熱ノイズ等)を評価した。制動放射光は600
C以下の低温領域を除き、検出光よりも低くなる見通しである。壁からの反射光については、光学シミュレーションソフト「LightTools」を用いた計算を開始した。観測信号からダイバータ板の表面温度分布を導出する詳細なデータ処理方法、光学系のその場校正手法等の結果についても議論する。
calibration of ITER in-vessel neutron flux monitor with microfission chamber石川 正男; 近藤 貴; 草間 義紀; Bertalot, L.*
Fusion Engineering and Design, 88(6-8), p.1377 - 1381, 2013/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)ITERにおいては、プラズマからの総中性子発生量を、中性子モニタを用いて要求された10%の精度で計測するために、中性子モニタのその場較正試験を精度よく行う必要がある。本研究では、日本が調達する中性子モニタであるマイクロフィッションチェンバー(MFC)に対して、較正用線源の移動方法や線源の移動システムが試験に与える影響を中性子解析により調べた。線源の移動方法としてはトロイダル軸上を連続的に回転させる方法と離散的に移動させる方法があるが、離散的に移動させる方法では、各々の線源位置からのMFCの検出効率に対する寄与がわかる反面、時間がかかることがわかった。一方、連続的に回転させる方法では、中性子解析との比較は困難であるが、一定の時間でより精度の高い試験が行えることがわかった。これにより、試験時間内にそれぞれの特徴を活かした移動方法を採用することで、効率的にかつ正確に試験が行える見通しであることを示した。さらに、中性子散乱等の影響の低減が可能な線源移動システムの概念を提案し、その影響を中性子解析により評価した結果、移動システムによる散乱の検出効率への影響は、3%以内に抑えることができることがわかった。
伊丹 潔; 河野 康則; 川端 一男*; 草間 義紀; 笹尾 眞實子*; Peterson, B.*; 間瀬 淳*
プラズマ・核融合学会誌, 89(9), P. 638, 2013/09
ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第24回会合が、平成25年6月4日-7日の日程で米国・サンディエゴにて開催された(出席: 41名、内訳/日本: 2名、米国: 24名(うち豪州1名)、韓国: 1名、EU: 6名、中国: 6名、ロシア: 1名、ITER機構: 1名)。会合では、最重要課題である「損失アルファ粒子計測手法の開発」、「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」及び「プラズマ制御システムに関する計測要求の検討」に対する取り組み状況を中心に議論を行った。会合の初日には、米国におけるプログレス会合が開催され、同国が開発を担当するITER計測装置の設計検討及び試作試験が順調に進展していることが報告された。
山本 剛史; 米川 出*; 太田 和也*; 細山 博己*; 橋本 慰登*; Wallander, A.*; Winter, A.*; 杉江 達夫; 草間 義紀; 河野 康則; et al.
Fusion Engineering and Design, 87(12), p.2016 - 2019, 2012/12
被引用回数：2 パーセンタイル：17.8(Nuclear Science & Technology)パルススケジューリングシステムは、ITERのプラズマ運転に必要なパラメータの設定及び管理・承認を行うためのシステムである。JT-60Uなどの運転経験をもとに、ITERのプラズマ運転に対する要求を分析し、必要な機能の設計を行った。ITERで要求される、パラメータの変更や再利用に柔軟に対応できるシステムを設計することができた。また、パラメータ間の合理性を検査する機能及び入力値を自動計算して設定する機能など、オペレーターを支援する機能を提案した。
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
Review of Scientific Instruments, 83(12), p.123507_1 - 123507_5, 2012/12
被引用回数：4 パーセンタイル：21.83(Instruments & Instrumentation)本研究において、プラズマ偏光計測を用いて電流密度(
),電子密度(
)及び電子温度(
)の分布を同時に同定できることを初めて実証した。まず、相対論効果を考慮した変形ストークス方程式の近似解を導出し、偏光状態パラメータである方位角(
)と楕円率角(
)がとに対して異なる依存性を示すことを明らかにした。これに基づき、とからとの再構築を行う原理を考案した。この原理を用いて、中心電子密度が
で中心電子温度が5, 10, 20, 30keVのトカマクプラズマを想定し、平衡及び運動論的分布の再構築を行った。その結果、総プラズマ電流(
)が既知である場合と未知である場合の両者において、, 及びの分布の再構築に成功した。が未知である場合の分布の再構築は、偏光計測からが求まっており、定常運転に適用可能な新しい総プラズマ電流計測手法を開発したものといえる。
宮本 斉児; 杉原 正芳*; 新谷 吉郎*; 中村 幸治*; 利光 晋一*; Lukash, V. E.*; Khayrutdinov, R. R.*; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治*
Fusion Engineering and Design, 87(11), p.1816 - 1827, 2012/11
被引用回数：15 パーセンタイル：71.22(Nuclear Science & Technology)Vertical displacement events (VDEs) and disruptions usually take place under intervention of vertical stability (VS) control and the vertical electromagnetic force induced on vacuum vessels is potentially influenced. This paper presents assessment of the force that arises from the VS control in ITER VDEs using a numerical simulation code DINA. The focus is on a possible malfunctioning of the VS control circuit: radial magnetic field is unintentionally applied to the direction of enhancing the vertical displacement further. Since this type of failure usually causes the largest forces (or halo currents) observed in the present experiments, this situation must be properly accommodated in the design of the ITER vacuum vessel. DINA analysis shows that although the VS control modifies radial field, it does not affect plasma motion and current quench behavior including halo current generation because the vacuum vessel shields the field created by the VS control coils. Nevertheless, the VS control modifies the force on the vessel by directly acting on the eddy current carried by the conducting structures of the vessel. Although the worst case was explored in a range of plasma inductance and pattern of VS control, the result confirmed that the force is still within the design margin.
波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 吉田 英次*; 小野 武博; 草間 義紀
Review of Scientific Instruments, 83(10), p.10E344_1 - 10E344_3, 2012/10
被引用回数：15 パーセンタイル：56.3(Instruments & Instrumentation)ITERの周辺トムソン散乱計測装置で用いるYAGレーザー装置の開発の進展について発表する。ITERの計測要求を満たすためには、繰り返し100Hzで出力エネルギー5JのYAGレーザー装置が必要である。これを実現するために、レーザー発振器から出力されるビームを2分岐し、それぞれのビームを口径14mmのレーザーロッド4本で増幅するレーザーシステムを設計し、レーザー増幅器をはじめとする主要機器の製作と、組立てを行った。レーザー増幅器では、フラッシュランプによる強い励起によって、レーザー結晶内で発生するASEやフラッシュランプ光中のレーザー波長と同じ波長の光が増幅率を低下させる原因となるが、サマリウムを添加したガラスを用いたフローチューブで増幅器内のそれらの光を選択的に吸収させることによって、小信号利得が最大2.8倍向上することを明らかにした。結果として、2つのビームラインを同時運転することにより、ITERの要求性能を越える、100Hz,最大7.66Jのレーザー光を発射できるレーザー装置の開発に成功した。
林 伸彦; 井手 俊介; 鈴木 隆博; 伊丹 潔; 河野 康則; 笹尾 眞實子*; 草間 義紀
プラズマ・核融合学会誌, 88(7), p.392 - 393, 2012/07
2012年の春季に国際トカマク物理活動(ITPA)に関する2つの会合(「統合運転シナリオ」と「計測」)が開催された。「統合運転シナリオ」は、スペインのマドリードで開催し、日本からは4名の参加があった。「計測」は、ロシアのモスクワで開催し、日本からの参加者は2名であった。各会合の概要をまとめて報告する。なお、次回会合は2012年の秋季に、「計測」は他のグループとは独立に開催し、「統合運転シナリオ」は第24回核融合エネルギー会議後に米国のサンディエゴで「計測」以外の他のグループと合同で開催する予定である。
谷塚 英一; 波多江 仰紀; 藤江 大二郎*; 黒川 敦雄*; 草間 義紀
Review of Scientific Instruments, 83(10), p.10E328_1 - 10E328_3, 2012/07
被引用回数：2 パーセンタイル：12.31(Instruments & Instrumentation)ITERの周辺トムソン散乱計測では、散乱光を分光するために、干渉フィルター式ポリクロメータ分光器を使用する。トムソン散乱計測は、信号が微弱であるため、集光から分光までの間の損失を低減し、信号強度を増大させることが重要な課題である。従来のポリクロメータ分光器では、干渉フィルターを用いて特定の波長成分を取り出し、残りの成分を次の干渉フィルターで再び特定の波長成分とその他に分けることを繰り返して分光を行っており、干渉フィルターでの多数回の反射が必要であった。反射回数の低減による信号強度増大のため、干渉フィルターで分離した透過・反射光それぞれを再び干渉フィルターで透過・反射させる分岐型の分光器を提案した。信号光のフィルターへの入射角を10度以下程度にすることにより、ITERの周辺トムソン散乱計測装置に適用できる性能を持った分光器が製作できる可能性を示した。
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
Plasma Physics and Controlled Fusion, 54(5), p.055005_1 - 055005_7, 2012/05
被引用回数：7 パーセンタイル：29.79(Physics, Fluids & Plasmas)We have transformed the Stokes equation to new equations written in the polarization ellipse parameters: orientation angle, 
, ellipticity angle, 
, auxiliary angle, and phase shift angle. The new equations enable us to easily and comprehensively understand change of the polarization ellipse in the plasma. We have obtained new approximate solutions of the transformed Stokes equation in order to connect the measured values of and to the plasma parameters (the electron density and the magnetic field). We have compared our solutions and the approximate solutions proposed by other groups. Our solutions are the most accurate in the condition of magnetic confinement fusion plasmas and need the fewest assumptions. The approximation errors of our solutions are less than 2% of the domain of each polarization parameter (
and 
) in up to the high electron density (
7
10
m
) and the long laser-wavelength (170 
m).
岩前 敦*; 小川 宏明; 杉江 達夫; 草間 義紀
JAEA-Research 2011-045, 11 Pages, 2012/02
JAEA-Research-2011-045.pdf:2.36MB
ITERのプラズマ対向面での光の反射特性を調べるために、対向面に使われる材料の一つであるタングステンについて、実際に使用が予定されているタングステンブロックのサンプルを使って、双方向反射率分布関数(BRDF)を測定した。H
及びH
の光の放射を模擬するために、光源として、波長が652nm及び473nmの2つのレーザーダイオードを用いた。ブロック表面には、機械加工の際に生じた微細な溝が一方向に認められる。そのため、反射光は機械加工した表面の状態によって影響を受け、入射光線を表面の溝の方向に対して垂直に入射した場合には、反射光は直線的に分布し、一方、入射光線を表面の溝の方向に対して平行に入射した場合には、反射光は弧形に分布した。これらの測定結果を、光線追跡により模擬したところ、測定結果を定性的に説明することができた。
谷 啓二*; 篠原 孝司; 及川 聡洋*; 筒井 広明*; 宮本 斉児; 草間 義紀; 杉江 達夫
Nuclear Fusion, 52(1), p.013012_1 - 013012_21, 2012/01
被引用回数：32 パーセンタイル：79.5(Physics, Fluids & Plasmas)The effects of the ELM mitigation coils (ELM coils) on the loss of NB-produced fast ions and fusion-produced alpha particles were investigated using an orbit following Monte-Carlo code. The ELM Mitigation Coil field (EMC field) may cause a significant loss of fast ions produced by NBI on the order of 4-5% for a 9MA steady-state ITER scenario. The loss strongly depends upon the toroidal mode number 
of the EMC field. A significant loss occurs only in the case of 
. The resonance of fast-ion trajectories with the EMC field is important to the loss of fast ions. When the number of ELM coils in each toroidal row is 9, the main toroidal mode is accompanied by a complementary mode 
. Concerning the resonance of fast-ion trajectories, the anti-resonant surfaces of are very close to the resonant surfaces of and vice versa. Since the resonance effect is dominant compared to the anti-resonance, the collaboration of the main and complementary modes effectively enlarges the resonant regions. The peak heat load due to the loss of NB-produced fast ions near the upper ELM coils is in a range that requires attention. Most loss particles hit the inner side of the torus of the dome in the ITER divertor. The loss of alpha particles is acceptably low at less than 0.5%.
谷塚 英一; 波多江 仰紀; 草間 義紀
Nuclear Fusion, 51(12), p.123004_1 - 123004_4, 2011/12
被引用回数：9 パーセンタイル：37.83(Physics, Fluids & Plasmas)2つの異なる方向から測定したトムソン散乱スペクトルを用いることにより、非等方電子温度を局所計測できる。特に、レーザービーム伝搬方向とトムソン散乱の方向がなす角の2等分線に磁力線が平行又は垂直なとき、磁力線に対してそれぞれ垂直及び平行方向の電子温度を反映したトムソン散乱スペクトルが得られる。磁場がこのような方向を向いていることに加え、ダブルパストムソン散乱計測装置のように、2つのトムソン散乱角の和が180度である場合が理想的な配置であり、磁力線に平行及び垂直方向の電子温度を同時に計測することができる。また、磁場の向きが理想的な方向から20度程度ずれても十分な測定精度が期待される。
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
Nuclear Fusion, 51(11), p.113022_1 - 113022_8, 2011/11
被引用回数：24 パーセンタイル：68.78(Physics, Fluids & Plasmas)日本が調達するITERポロイダル偏光計測装置における計測精度を評価することを目的として、ITERの電流分布(q分布)を高精度に同定する手法を開発した。この手法は有限要素法を用いてMHD平衡を解き、遠赤外レーザー光の偏光計測値に合致するように最小二乗法を用いてq分布を同定する。高精度なq分布同定のためには、ストークス方程式において相対論効果を考慮すること、偏光したレーザー光のファラデー効果(方位角)に加えてコットンムートン効果(楕円率角)も測定することが重要であることを明らかにした。また、他の計測データに誤差がある場合に、ITERの要求精度である
以内でのq分布同定を行うためには及びをそれぞれ
及び
の精度で計測する必要があることを明らかにした。これにより、ITERポロイダル偏光計測装置の設計指針となる計測精度を評価することに成功した。
佐藤 和義; 谷口 英二; Pitcher, C. S.*; Walker, C.*; Encheva, A.*; 河野 康則; 草間 義紀
Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1264 - 1267, 2011/10
被引用回数：3 パーセンタイル：26.02(Nuclear Science & Technology)ITERの計測装置は、中性子遮蔽構造を兼ね備えたポートプラグと呼ばれる構造体に組み込まれる。上部ポートプラグは長さ約6m,重量約20tの片持ち構造であるため、構造健全性を評価することは必須である。このため、ITER機構が提案している上部ポートプラグの共通部分の構造に対してディスラプション時における電磁力解析を実施し、その荷重をもとに構造解析を行った。その結果、電磁力,発生応力,変位量ともに大きく、改善が必要なことがわかった。これに対して原子力機構及びITER機構は、応力集中が発生している中間フランジの構造を見直し、その対策を図った。ポートプラグの中間フランジをボルト構造から溶接構造へ変更し、応力解析を行った。その結果、応力,変位量ともに15%低減することを明らかにし、構造健全性を満たす見通しを得た。また、ポートプラグ先端に取り付けられる遮へいブランケットのスリット深さについても着目し、電磁力の低減を図った。スリットの深さを約3倍に広げることで、電磁力を約30%低減できることを明らかにし、設計裕度を確保できる見通しを得た。
石川 正男; 河野 康則; 今澤 良太; 佐藤 聡; Vayakis, G.*; Bertalot, L.*; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 近藤 貴; 草間 義紀
Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1286 - 1289, 2011/10
被引用回数：1 パーセンタイル：10.73(Nuclear Science & Technology)ITERにおいて日本が調達するポロイダル偏向計測装置の設計の一環として、中性子輸送モンテカルロコード(MCNP)を用いた中性子解析を行い、運転時における核発熱量を評価した。その結果、水平ポート内に設置される光学ミラーのうち、第2ミラーの核発熱量は、第1ミラーと同程度であることがわかった。これは、同一ポート内に周辺トムソン散乱計測システムやLIDARシステムが設置されることでポロイダル偏光計の光学系のスペースが制限されるために、十分な迷路構造をもった光路が確保できないことや、第2ミラーの設置位置がプラズマに近い場所に配置せざるを得ないことが原因と考えられる。一方で、水平ポート前面に設置されるブランケット遮蔽モジュールが十分な中性子遮蔽性能を有していれば、光学ミラーの核発熱量は効率的に低減できることがわかった。また、ポロイダル偏光計の光学ミラーが設置される上部ポートの上部に配置されるポロイダル磁場コイルの核発熱量を評価した。その結果、中性子遮蔽材が十分に設置された場合、コイルの核発熱量は上限値である1mW/ccに比べて2桁以上小さくなることがわかった。
