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論文

High-accuracy numerical integration of charged particle motion - with application to ponderomotive force

古川 勝*; 松山 顕之; 大河 優志郎*

Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.1303003_1 - 1303003_4, 2016/02

A high-accuracy numerical integration algorithm for a charged particle motion is developed. The algorithm is based on the Hamiltonian mechanics and the operator decomposition. The algorithm is made to be time-reversal symmetric, and its order of accuracy can be increased to any order by using a recurrence formula. One of the advantages is that it is an explicit method. An effective way to decompose the time evolution operator is examined; the Poisson tensor is decomposed and non-canonical variables are adopted. The algorithm is extended to a time dependent fields' case by introducing the extended phase space. Numerical tests showing the performance of the algorithm are presented. One is the pure cyclotron motion for a long time period, and the other is a charged particle motion in a rapidly oscillating field.

論文

A Possible breakthrough of power handling by plasma shaping in tokamak

菊池 満; Fasoli, A.*; 滝塚 知典*; Diamond, P. H.*; Medvedev, S.*; Wu, Y.*; Duan, X.*; 岸本 泰明*; 花田 和明*; Pueschel, M. J.*; et al.

Proceedings of 8th IAEA Technical Meeting on Steady State Operation of Magnetic Fusion Devices (CD-ROM), 20 Pages, 2015/05

D型形状でHモード運転の標準的なトカマクは優れた閉じ込め性能を示すものの、過渡的、定常的な熱負荷の問題で大きな課題を持っている。これらを解決する方法として将来を見据えた幅ひろい考え方として形状制御を用いて熱制御を緩和する方式について講演する。

論文

Negative triangularity as a possible tokamak scenario

菊池 満; 滝塚 知典*; 古川 勝*

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015014_1 - 015014_4, 2014/03

近年、Goldston教授が明らかにしたSOL熱流幅の比例則はITERや原型炉の熱制御に対して厳しい予測を与える。これは、近年滝塚によって調べられたSOL流の加速機構によってもたらされていると考えられる。この加速機構は逆D形状にすることによって大幅に低減できると予想される。逆D形状プラズマはトロイダルTEMの固有関数構造が強くねじれ、旦流輸送が減ることも予想されることからスイスのTCVトカマクではLモードでもLモードの2倍の閉じ込めを得ている。これらを踏まえ逆D配位の炉への適用可能性について講演する。

論文

MHD安定性と制御

松永 剛; 古川 勝*

プラズマ・核融合学会誌, 88(11), p.660 - 662, 2012/11

磁場閉じ込め型核融合炉において高閉じ込め状態を定常的に維持するためには、閉じ込め磁場に変位をもたらす磁気流体不安定性(MHDモード)の抑制と制御は重要であり、ITERや原型炉に向けてその確立が急務となっている。JT-60SAでは高$$beta$$領域における定常運転をミッションの一つとしているため、MHDモード抑制・制御のための各種機器を設置し、高$$beta$$領域において問題となるMHDモードの安定性研究とその制御技術を確立することを目標としている。また、トカマク炉の成立可否を左右するディスラプションについて、その予測・回避・緩和などの技術確立もJT-60SAでの大きな研究課題である。本解説では、現在策定を進めているJT-60SAの研究計画についてその概要を紹介する。

論文

Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks

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。

論文

Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks

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:15 パーセンタイル:32.91(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。

論文

ITPA会合報告,29

諫山 明彦; 榊原 悟*; 古川 勝*; 松永 剛; 山崎 耕造*; 渡邊 清政*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; 田村 直樹*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 86(6), p.374 - 377, 2010/06

この会合報告は、2010年春に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"MHD安定性","輸送と閉じ込め物理","統合運転シナリオ","ペデスタル物理"及び"高エネルギー粒子物理"の計5グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

論文

A Numerical matching technique for linear resistive magnetohydrodynamics modes

古川 勝*; 徳田 伸二; Zheng, L. J.*

Physics of Plasmas, 17(5), p.052502_1 - 052502_15, 2010/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:68.7(Physics, Fluids & Plasmas)

A new numerical matching technique for linear stability analysis of resistive magnetohydrodynamics (MHD) modes is developed. The solution to the resistive reduced MHD equations in an inner layer with a finite width is matched onto the solution to the inertia-less ideal MHD or the Newcomb equation by imposing smooth disappearance of parallel electric field in addition to the continuity of perturbed magnetic field and its spatial gradient.

論文

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

論文

Destabilization mechanism of edge localized MHD mode by a toroidal rotation in tokamaks

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:17 パーセンタイル:33.24(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。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,27

長壁 正樹*; 篠原 孝司; 東井 和夫*; 藤堂 泰*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 山本 聡*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 85(12), p.839 - 842, 2009/12

この会合報告は、2009年秋に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"高エネルギー粒子物理","輸送と閉じこめ物理","ペデスタル物理","MHD安定性","計測"、及び"統合運転シナリオ"の計6グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験結果報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

論文

MINERVA; Ideal MHD stability code for toroidally rotating tokamak plasmas

相羽 信行; 徳田 伸二; 古川 勝*; Snyder, P. B.*; Chu, M. S.*

Computer Physics Communications, 180(8), p.1282 - 1304, 2009/08

 被引用回数:22 パーセンタイル:18.5(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

トカマクプラズマにおける線形理想MHD安定性に対するトロイダル回転の影響を調べるために新たな数値安定性解析コードMINERVAを開発した。このコードは、Frieman-Rotenberg方程式を一般化固有値問題のみならず初期値問題としても取り扱って解を求めることができる。このコードは並列化されており、これにより長波長及び短波長の理想モードの安定性を短時間で評価することが可能である。また、このコードの妥当性は複数のベンチマークテストにより確認された。さらに、このコードを用いて周辺MHD安定性に対するトロイダル回転の影響を解析した結果、トロイダル回転は長・短波長の周辺局在MHDモードを不安定化させるが、周辺回転シアは長・中波長のMHDモードは不安定化させる一方、短波長のMHDモードは安定化させることを明らかにした。

論文

Effects of a sheared toroidal rotation on the stability boundary of the MHD modes in the tokamak edge pedestal

相羽 信行; 徳田 伸二; 古川 勝*; 大山 直幸; 小関 隆久

Nuclear Fusion, 49(6), p.065015_1 - 065015_9, 2009/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:28.41(Physics, Fluids & Plasmas)

Type-I周辺局在モード(ELM)の原因である「周辺部ペデスタル領域において不安定化する理想MHDモード」の安定性に対するトロイダル回転の影響について数値解析を行った。この解析を実現するために、回転の影響を考慮した線形理想MHD方程式(Frieman-Rotenberg方程式)を解く数値解析コードMINERVAを開発し、同コードを用いることで「回転シアを持つトロイダル回転は周辺局在理想MHDモードを不安定化する」ことを明らかにした。この不安定化効果に対して平衡の安全係数分布が影響を与えることも示した。この原因として、トロイダル回転の影響が不安定化するMHDモードが短波長であるほど強く表れること、そしてこの不安定モードの波長は安全係数分布に強く依存していることが重要であることを明らかにした。

論文

Topological transition from accretion to ejection in a disk-jet system; Singular perturbation of the Hall effect in a weakly ionized plasma

白石 淳也; 吉田 善章*; 古川 勝*

Astrophysical Journal, 697(1), p.100 - 105, 2009/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.94(Astronomy & Astrophysics)

原始星などの中心天体近傍に形成される、ジェット放出を伴う降着円盤は、理想流体モデルの枠組みから見れば特異な構造を持っている。降着流とジェット流は、ケプラー回転している円盤に対する「特異摂動」とみなすことができる。ここで特異摂動とは、何らかの(微分階数に関して)高次な効果をいう。本論文では、原始星円盤の弱電離プラズマ中ではホール効果がそのような構造を形成することを示した。実際、特異摂動によって規定される特徴的なスケールを評価すると、ホール効果が支配的である。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,24

井戸村 泰宏; 吉田 麻衣子; 矢木 雅敏*; 田中 謙治*; 林 伸彦; 坂本 宜照; 田村 直樹*; 大山 直幸; 浦野 創; 相羽 信行; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 84(12), p.952 - 955, 2008/12

2008年の秋季に、ITPAに関する6つの会合(「輸送と閉込め物理」,「周辺及びペデスタル物理」,「MHD安定性」,「統合運転シナリオ」,「高エネルギー粒子物理」,「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」)が開催された。前回までのグループが再編成されグループ名も改称されるとともに、新議長,新副議長が就任し、各国の委員も更新された。各会合の詳細と次回会合の予定(開催日程,場所)等を報告する。

論文

Progress in R&D efforts on the energy recovery linac in Japan

坂中 章悟*; 吾郷 智紀*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; 原田 健太郎*; 平松 成範*; 本田 融*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.205 - 207, 2008/06

コヒーレントX線,フェムト秒X線の発生が可能な次世代放射光源としてエネルギー回収型リニアック(ERL)が提案されており、その実現に向けた要素技術の研究開発が日本国内の複数研究機関の協力のもと進められている。本稿では、ERL放射光源の研究開発の現状を報告する。

論文

Stabilization mechanism of ballooning modes by toroidal rotation shear in tokamaks

古川 勝; 徳田 伸二

Nuclear Fusion, 45(5), p.377 - 383, 2005/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:63.23(Physics, Fluids & Plasmas)

トロイダル回転トカマクにおけるバルーニング摂動を、回転がないプラズマにおけるバルーニングモードに関連した自乗可積分な固有関数系で展開した。特に、固有値問題の重み関数を工夫することによって点スペクトルのみが現れるようにし、自乗可積分な固有関数系を得ることに成功した。固有値はトロイダル回転シアのために時間変化し、加算無限個の固有値の交叉が起こる。この交叉を介して不安定モードから加算無限個の安定モードへエネルギーが移送される。これがバルーニングモード安定化の物理機構である。また、バルーニングモードを安定化するのに必要なトロイダル回転シアを見積もる簡単な解析公式を導いた。

論文

Mechanism of stabilization of ballooning modes by toroidal rotation shear in tokamaks

古川 勝; 徳田 伸二

Physical Review Letters, 94(17), p.175001_1 - 175001_4, 2005/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:43.09(Physics, Multidisciplinary)

トロイダル回転するトカマク中のバルーニング摂動を、回転がない場合のバルーニングモードに関連した固有値問題の自乗可積分な固有関数系で展開した。特に、その固有値問題は、重み関数をうまく選ぶことにより離散スペクトルのみを持つようになっている。トロイダル差動回転によって、固有値が時間変化し、その結果、可算無限個の固有値の交叉が起こる。この交叉によって、不安定モードから安定モードへのエネルギー移送が起こる。これがバルーニングモード安定化のメカニズムである。

論文

第7回若手科学者によるプラズマ研究会

林 伸彦; 古川 勝

プラズマ・核融合学会誌, 80(7), P. 641, 2004/07

2004年3月17-19日に開催した那珂研究所・炉心プラズマ研究部主催による「第7回若手科学者によるプラズマ研究会」の会議概要を報告する。所外から29名、所内から5名の若手研究者が参加した。研究会の主題は「燃焼プラズマに向けた研究の現状と展望」で、磁場閉じ込め・慣性閉じ込め・材料といった多岐の分野に渡る研究成果が発表され活発な議論が行われた。特に、核融合反応により生成した高エネルギー粒子損失機構の多様性が実験的に示され、理論・シミュレーション研究とも合わせてさらなる研究の進展が期待される。また、長時間放電における粒子リサイクリングの観測結果や統合化された予測コードの開発における知見などから、炉心及び周辺プラズマ,壁を一つのシステムとして捉え、それらの相互作用を明らかにしていくことが重要であるとの共通認識に至った。

論文

Stability of ideal MHD ballooning modes and its stabilization by toroidal rotation shear near separatrix

古川 勝; 徳田 伸二; 若谷 誠宏*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(2), p.409 - 421, 2004/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:72.47(Physics, Fluids & Plasmas)

本報では、回転がない、あるいはトロイダル回転するD型トカマクのHモード(高閉じ込めモード)プラズマにおいて、セパラトリクス(X点)は、ペデスタル内の薄い層でしか高n(n: トロイダルモード数)バルーニング安定性に影響を与えない。したがって、セパラトリクスのあるトロイダル回転プラズマにおいても、やはりD型化はバルーニングモードを効果的に安定化することについて記述している。

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