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論文

Escaping ion measurement with high time resolution during bursting modes induced by neutral beam injection on CHS

篠原 孝司; 磯部 光孝*; Darrow, D. S.*; 清水 昭博*; 永岡 賢一*; 岡村 昇一*

Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.042_1 - 042_8, 2007/09

A scintillator-based lost ion probe can measure the temporal evolution of both the gyro-radius and the pitch angle of energetic ions escaping a magnetically-confined plasma. On this system, the time resolution of the detailed two-dimensional (2D) measurement is determined by a framing rate of the video camera that records the luminous images produced by the ions striking the scintillator plate. By installing an image-intensified high-speed video camera system, the temporal resolution was improved from about 33 ms to 0.07 ms. We have successfully captured some new fast features caused by bursting modes, whose time scale is a few milli-second, induced by a neutral beam injection.

論文

Progress in the ITER physics basis, 5; Physics of energetic ions

Fasoli, A.*; Gormezano, C.*; Berk, H. L.*; Breizman, B.*; Briguglio, S.*; Darrow, D. S.*; Gorelenkov, N.*; Heidbrink, W. W.*; Jaun, A.*; Konovalov, S. V.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S264 - S284, 2007/06

 被引用回数:370 パーセンタイル:85.96(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERや将来の核融合炉では高速イオンのアルファ粒子がプラズマの維持に重要な役割を果たし、高速イオンが関連した物理現象の理解は重要である。本論文では、1999年の最初の「ITER物理基盤の進展」に関するレポート以降の高速イオンが絡む高温プラズマの物理現象についての理解の進展についてまとめた。高速イオンの物理機構を理解するための高速イオン源の進展,トロイダル磁場リップルによる高速イオン閉じ込めの理解の進展,高速イオンと背景プラズマ起因MHDの相互作用の理解の進展,高速イオン起因MHDの線形安定性の理解の進展,高速イオンと高速イオン起因MHDの相互作用と非線形発展の理解の進展,高速イオン起因MHDによる高速イオンの輸送の理解の進展について、実験計測,理論,数値計算で得られた成果をまとめている。

論文

Investigation of collective fast ion instability-induced redistribution or loss in the National Spherical Torus Experiment

Medley, S. S.*; Andre, R.*; Bell, R. E.*; Darrow, D. S.*; Fredrickson, E. D.*; LeBlanc, B. P.*; Levinton, F. M.*; Menard, J. E.*; Stutman, D.*; Roquemore, A. L.*; et al.

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

プリンストンプラズマ物理学研究所の球状トカマク実験装置(NSTX)における高速イオン駆動不安定性とこれによる高速イオンの輸送に関する研究である。最近、モーショナルシュタルク効果電流分布計測器(MSE)とシンチレータ高速損失イオンプローブ(sFLIP)が設置され、高速イオンの輸送の理解が進んだ。中心部の高速イオンの輸送に伴い、ビーム電流駆動分布が変化していることが観測された。また、特定の Hモード放電では、sFLIPと中性粒子束計測器による計測からNB入射エネルギー近辺の非捕捉イオンの損失を観測した。このような実験結果をTRANSP輸送解析コードによる解析結果とともに報告する。

論文

Studies of fast-ion transport induced by energetic particle modes using fast-particle diagnostics with high time resolution in CHS

磯部 光孝*; 東井 和夫*; 松下 啓行*; 後藤 和幸*; 鈴木 千尋*; 永岡 賢一*; 中島 徳嘉*; 山本 聡*; 村上 定義*; 清水 昭博*; et al.

Nuclear Fusion, 46(10), p.S918 - S925, 2006/10

 被引用回数:27 パーセンタイル:69.39(Physics, Fluids & Plasmas)

将来の核融合炉におけるアルファ粒子等の高速イオンによるMHD不安定性の励起とそれに伴うアルファ粒子の異常損失の危惧から、近年、高速粒子モード(EPM)やTAEモードといったMHD不安定性と高速イオンとの相互作用、並びにその結果生ずる高速イオン輸送・損失に関する研究が重要視されるようになってきている。核融合科学研究所のCompact Helical System(CHS)では、シンチレータを利用した高速イオンプローブ,高速中性粒子分析器、並びに多チャンネルHalpha光計測システム等を駆使して上記を研究対象とした実験を進めている。最近の研究から、中性粒子ビーム(NB)加熱プラズマにおいて発生するバースト的EPMモード(m/n=3/2)により、入射エネルギー近傍のエネルギーを持つ高速イオンのみが大半径方向外側へ排出されていることがわかった。磁場揺動レベルが最大に達した頃に高速イオンの排出が始まり、磁場揺動の周波数は、排出が始まると同時にダウンシフトを示す。高速イオン排出が収まるのとほぼ同時に磁場揺動も収まり、これらの観測結果は、このモードは入射エネルギー近傍の高速ビームイオンによりいわば共鳴的に励起されていることを示唆している。また、TAEモードについては、2機のNBを低密度プラズマに接線co-入射した場合に、顕著な高速イオンの排出が確認された。

論文

Escaping ion measurement with high time resolution on CHS

篠原 孝司; 磯部 光孝*; Darrow, D. S.*

Review of Scientific Instruments, 77(10), p.10E521_1 - 10E521_4, 2006/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:26.54(Instruments & Instrumentation)

損失イオンプローブではスリットから入ってきた損失イオンがシンチレーションスクリーンに衝突し、衝突した位置が発光する。この発光した点の座標から損失イオンのエネルギーとピッチ角がわかる。シンチレーションスクリーンをビデオカメラを用いて撮影することで損失イオンのエネルギーとピッチ角の2次元の時間発展を計測できる。しかしながら、既存のカメラの時間分解能は17ミリ秒であり、バースト的な大強度の磁気振動の時間スケールの1$$sim$$3ミリ秒に比べて長く、時間分解能が不十分である。そこで、既存のカメラを高速のカメラに置き換えるべく光学系を製作し、高速カメラを設置し、時間分解能を0.07ミリ秒まで改善した。結果、これまで観測できなかった磁気振動が損失高速イオンに与える影響を観測すること(例えば、磁気振動があるときにだけ計測に受かるイオンを観測)に成功した。本講演では本システムの概要と初期実験結果について講演する。

論文

Performance of the solid state neutral particle analyzer array on the national spherical torus experiment

Liu, D.*; Heidbrink, W. W.*; Darrow, D. S.*; Roquemore, A. L.*; Medley, S. S.*; 篠原 孝司

Review of Scientific Instruments, 77(10), p.10F113_1 - 10F113_4, 2006/10

 被引用回数:17 パーセンタイル:64.77(Instruments & Instrumentation)

プリンストンプラズマ物理学研究所のNSTXの半導体検出器中性粒子アナライザアレイ(SSNPA)は正接半径がそれぞれ60, 90, 100, 120cmの4視線からなる。それぞれの視線はシリコンフォトダイオードを使用しており、荷電交換高速中性粒子のエネルギー分布を観測するべく、その信号は高速にサンプリングされている。電磁遮蔽,高速サンプリング,ソフトウェアベースの波高弁別解析によりSSNPAの性能は大幅に改善し、エネルギー分解能は約10keV、時間分解能は2msに達した。これによりMHDによる高速イオンの振る舞いの計測が可能になった。

論文

Energetic particle physics in JT-60U and JFT-2M

篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男; 草間 義紀; 都筑 和泰; 浦田 一宏*; 川島 寿人; 飛田 健次; 福山 淳*; Cheng, C. Z.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(7), p.S31 - S45, 2004/07

 被引用回数:40 パーセンタイル:79.05(Physics, Fluids & Plasmas)

負磁気シア中でのアルベン固有モードの振る舞い,TAE周波数領域で発生する不安定性による高エネルギーイオンの輸送,電流ホールを有するプラズマ中での高エネルギーイオンの振る舞い,フェライト鋼による複雑トロイダル磁場リップル中での高エネルギーイオンの損失など、JT-60U及びJFT-2Mにおける最近の高エネルギー粒子物理研究の成果について報告する。

論文

Effects of complex magnetic ripple on fast ions in JFT-2M ferritic insert experiments

篠原 孝司; 川島 寿人; 都筑 和泰; 浦田 一宏*; 佐藤 正泰; 小川 宏明; 神谷 健作; 笹尾 一; 木村 晴行; 河西 敏; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.586 - 593, 2003/07

 被引用回数:47 パーセンタイル:80.66(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2MではAdvanced Material Tokamak Experiment (AMTEX) プログラマの第3段階として真空容器内にプラズマをほぼ覆うようにフェライト鋼壁を設置した(FIW)。ポートと周期的な設置が困難なため、磁場構造は、非周期的な複雑リップルとなる。このような複雑リップル下で、その高速イオン損失に与える影響を理解するための実験を行った。FIWではフェライト鋼の厚みを最適化することでトロイダル磁場リップルの強さを小さくしているが、この手法によるトロイダル磁場リップルの低減が観測され、さらに、リップルの低減に伴い、高エネルギー粒子の損失の低減が確認された。また、積極的に磁場構造を変えるために真空容器の外に外部フェライト鋼をつけた実験も行った。結果、局所リップルの役割はリップル井戸のポロイダル断面形状の影響を強く受けることがわかった。さらに、複雑磁場構造を扱えるように改良したOFMCコードと実験結果の比較を行った。実験で使用したさまざまな複雑磁場構造の熱流速について、実験結果と計算結果が良い一致を示した。

論文

Demonstration of ripple reduction by ferritic steel board insertion in JFT-2M

川島 寿人; 佐藤 正泰; 都筑 和泰; 三浦 幸俊; 伊世井 宣明; 木村 晴行; 中山 武*; 阿部 充志*; Darrow, D. S.*; JFT-2Mグループ

Nuclear Fusion, 41(3), p.257 - 263, 2001/03

 被引用回数:35 パーセンタイル:73.14(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは先進材料プラズマ試験(AMTEX)計画として低放射化フェライト鋼(F82H)のプラズマへの適用性を研究している。第1段階として、フェライト鋼板(FB)をトロイダル磁場コイルと真空容器の間に挿入してトロイダル磁場リップルの低減を試験した。その結果、FB装着によってリップル率及びリップルによる高速イオン損失が明らかに低減されることがわかった。特にFB厚の最適化によって肩部のリップル率を0.07%まで下げられ、リップル捕捉によるイオン損失をほぼ零にできた。現在、FBを真空容器内部に部分的に設置し、プラズマへの適合性を予備的に調べている(第2段階)。これまでのところ、FBの強磁性によるプラズマ制御・安定性への悪影響や不純物放出等に関する問題点は見られておらず、かつ、高$$beta$$プラズマとの両立にとって有望な結果が得られている。

口頭

CHSにおける高速カメラを用いた損失イオン計測

篠原 孝司; 磯部 光孝*; Darrow, D. S.*; 清水 昭博*; 永岡 賢一*; 岡村 昇一*

no journal, , 

損失イオンプローブにおいて、損失イオンはプローブ内に設置されたシンチレータスクリーンを光らせるが、光った点の2次元座標から、そのイオンのジャイロ半径とピッチ角を決定できる。これらの情報をもとに損失してきたイオンの軌道を逆に追い、そのイオンの起源に関する情報を得ることができる。このプローブはCompact Helical System(CHS)プラズマ境界から数cm離れており、計測対象の損失イオンは数十keVレベルの高速イオンである。CHSにおいて高速イオンの挙動で関心が高いものの一つが、CHSバーストと呼ばれる数msの時間スケールの高速イオン起因不安定性が高速イオンにおよぼす影響である。このような速い時間スケールの現象を観測するには、シンチレータスクリーン上の微弱光の高時間分解での2次元計測を要する。そのために、損失イオンプローブのカメラを、イメージインテンシファイア付きの高速カメラへと更新した。高速化することでCHSバーストが高速イオンに与える影響の詳細を調査できるようになった。本発表では、高速カメラによって新たに観測された高速イオン挙動について報告する。

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