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羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 小林 進二*; 井手 俊介; 諫山 明彦; 梶原 健
Fusion Science and Technology, 67(4), p.693 - 704, 2015/05
被引用回数：10 パーセンタイル：64.63(Nuclear Science & Technology)一般に、超伝導トカマクは常伝導トカマクに比べ印加可能なループ電圧が低いため、第一壁の状況によってはプラズマ着火が困難になる可能性がある。超伝導トカマクJT-60SAにおいても同様の状況であることから、プラズマ着火が行える条件を明らかにする必要がある。以前、著者らは、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)によるプラズマ着火に関する0次元モデルによる解析を行った。今回、ECRHパワーの吸収効率や、小半径方向の分布を考慮に入れた1次元モデルを開発した。このモデルの解析では電子および水素原子密度、電子およびイオン温度、プラズマ電流の時間発展に関する拡散型の連立偏微分方程式を解いている。解析の結果、初期中性粒子密度が3.0
10
m
、誤差磁場が1mT、炭素・酸素不純物密度が電子密度に対してそれぞれ0.1%のとき、着火に必要なECRHパワーはおよそ1MW程度であり、JT-60SAの運転初期に装備されるECRHパワーの範囲内であることがわかった。また、着火に必要なECRHパワーは初期中性水素密度の0.6乗、誤差磁場強度の1乗で増加するという結果が得られ、中性水素密度や誤差磁場を低減することが重要であることがわかった。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 金城 良太*; 井手 俊介; 諫山 明彦
Plasma and Fusion Research (Internet), 7(Sp.1), p.2403104_1 - 2403104_5, 2012/07
超伝導トカマクでは印加可能なループ電圧が常伝導トカマクに比べて低いため、真空容器壁の状況によってはトロイダル電場のみでのプラズマ着火が困難になる可能性がある。超伝導トカマクJT-60SAにおいて信頼性あるプラズマ着火を行うこと、またプラズマ着火の物理過程を理解することを目的として、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)を用いた予備電離によるプラズマ着火に関する0次元モデル解析を行った。計算では電子及び中性粒子の密度、電子及びイオンの内部エネルギー密度、プラズマ電流の電気回路方程式の時間発展に関する連立微分方程式を解いた。その結果、初期中性粒子が
mの場合、プラズマ着火には200kW程度のECRHパワーが必要であることがわかった。また、不純物量の減少とともに着火後のプラズマ電流や電子温度が高くなることがわかった。これらの条件でECRHがない場合はプラズマの立ち上げができず、ECRHが立ち上げに有効であることが示された。
前川 孝*; 井手 俊介; 梶原 健; 長崎 百伸*; 諫山 明彦; 羽田 和慶*
プラズマ・核融合学会誌, 87(10), p.671 - 681, 2011/10
国際熱核融合実験炉(ITER)に代表される将来の大型超伝導トカマクにおいては、プラズマ着火と外部加熱によるプラズマの高温高密度化を経て燃焼点火に至るが、トカマク方式であるがゆえに、核燃焼プラズマ保持に必要な15MAにものぼるプラズマ電流を安定に再現性良く立ち上げる必要がある。そのためには、立ち上げシナリオの最適化とともに堅実なプラズマ着火手法の確立が重要である。現在建設中のITERは、寸法で既設の大型トカマクの2倍以上、プラズマ電流を駆動する中心ソレノイドも超伝導、という今までにない装置であり、安定で、効率的な立ち上げを図るためには、新たな研究開発が不可欠である。本解説では、電子サイクロトロン加熱(ECH)による立ち上げ支援も含めた立ち上げ法の研究開発の現状を述べる。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクではオーミック加熱のためのループ電圧が常伝導トカマクに比べて低いため、真空容器壁等の状況によってはプラズマ着火が行えない可能性があり、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)を用いた予備電離が必要と考えられている。本研究では、JT-60SAにおいて信頼性あるプラズマ着火を行うこと、及びその物理過程を理解することを目的に、ECRHを用いた予備電離によるプラズマ着火に関する理論解析を行った。計算では、空間的に一様なプラズマ密度,イオン及び電子の蓄積エネルギー,プラズマ電流に関する0次元モデルを考え、それらの時間発展の方程式を解いた。その結果、プラズマ着火のためにECRHパワーが2.25MW程度必要であることがわかった。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 金城 良太*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクでは一周電圧の上限が常伝導トカマクに比べて低いため、真空容器壁等の状況によってはトロイダル電場のみでのプラズマ着火が困難になる可能性がある。そのため電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)を用いた予備電離が提案されている。本研究では、JT-60SAにおいて信頼性あるプラズマ着火を行うこと、また、その物理過程を理解することを目的に、ECRHを用いた予備電離によるプラズマ着火について、必要とされるECRHパワー,不純物濃度の影響を調べた。計算では、空間的に一様な電子密度,電子及びイオンの内部エネルギー密度及びプラズマ電流に関するモデルを考え、それらの時間発展方程式を解いた。トロイダル電場が0.5V/mであるt=0.05sから0.15sにおいては電子温度,イオン温度,プラズマ電流が素早く立ち上がり、その後トロイダル電場が0.125V/mであるt=0.15sから1.4sでは、これらの値は緩やかに上昇した。この条件でECRHがない場合はプラズマの立ち上げができず、ECRHが立ち上げに有効であることが示された。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 金城 良太*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクでは印加可能な一周電圧が常伝導トカマクに比べて低いため、真空容器壁の状況によってはトロイダル電場のみでのプラズマ着火が困難になる可能性があり、電子サイクロトロン加熱(ECH)よる着火アシストが有効であると考えられている。本研究では、小半径方向の分布を考慮したプラズマ着火に関する1次元輸送モデルを開発し、JT-60SAにおけるECHアシストの有効性を調べるとともに、分布がプラズマ着火に与える影響を明らかにすることを目的とする。今回の1次元モデルでは、電子及び中性粒子密度の輸送方程式、電子及びイオンの熱輸送方程式、プラズマ電流の電気回路方程式の時間発展に関する連立微分方程式を解くことにより分布の時間発展を算出した。計算の結果、ECHパワーには閾値があり、それ以下ではプラズマ電流が立ち上がらないことがわかった。また、ECHの吸収分布を中心でピークさせたとき電子のエネルギー密度が中心でピークすることから、平坦な分布よりもプラズマ着火が行いやすいという結果を得た。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 金城 良太*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクでは印加可能なループ電圧の上限が常伝導トカマクに比べて低いため、真空容器壁の状況によってはトロイダル電場のみでのプラズマ着火が困難になる可能性がある。このため、JT-60SAは電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)による着火アシストが想定されている。以前、著者らの0次元モデルによる解析によってJT-60Uの実験結果を定性的に再現した。しかし、0次元モデルでは物理現象、特に小半径方向の輸送について充分に調べることができなかった。そこで、今回、小半径方向の輸送を追うことができる1次元モデルの開発を行った。本1次元モデルでは、電子密度,中性粒子密度,電子温度,イオン温度,プラズマ電流の分布の時間発展に関する拡散型の連立偏微分方程式を解いている。解析の結果、プラズマ着火に必要とされるECRHパワーはECRHの吸収分布に大きく依存することがわかった。これは、局在化したECRH分布と吸収位置でのプラズマパラメータ(特に電子温度)との関係が0次元モデルより重要となるためであると考えられる。今後、中性粒子の拡散係数、自己インダクタンスなどの効果を調べる。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 金城 良太*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクでは印加可能なループ電圧の上限が常伝導トカマクに比べて低いため、真空容器壁の状況によってはトロイダル電場のみでのプラズマ着火が困難になる可能性がある。このため、JT-60SAは電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)による着火アシストが想定されている。以前、著者らの0次元モデルによる解析によってJT-60Uの実験結果を定性的に再現した。しかし、0次元モデルでは物理現象、特に小半径方向の輸送について充分に調べることができなかった。そこで、今回、小半径方向の輸送を追うことができる1次元モデルの開発を行った。本1次元モデルでは、電子密度,中性粒子密度,電子温度,イオン温度,プラズマ電流の分布の時間発展に関する拡散型の連立偏微分方程式を解いている。解析の結果、プラズマ着火に必要とされるECRHパワーはECRHの吸収分布に大きく依存することがわかった。これは、局在化したECRH分布と吸収位置でのプラズマパラメータ(特に電子温度)との関係が0次元モデルより重要となるためであると考えられる。今後、中性粒子の拡散係数,自己インダクタンスなどの効果を調べる。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 金城 良太*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクでは印加可能なループ電圧の上限が常伝導トカマクに比べて低いため、真空容器壁の状況によってはトロイダル電場のみでのプラズマ着火が困難になる可能性がある。このため、JT-60SAは電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)による着火アシストが想定されている。以前、著者らの0次元モデルによる解析によってJT-60Uの実験結果を定性的に再現した。しかし、0次元モデルでは物理現象、特に小半径方向の輸送について充分に調べることができなかった。そこで、今回、小半径方向の輸送を追うことができる1次元モデルの開発を行った。本1次元モデルでは、電子密度、中性粒子密度、電子温度、イオン温度、プラズマ電流の分布の時間発展に関する拡散型の連立偏微分方程式を解いている。解析の結果、プラズマ着火に必要とされるECRHパワーはECRHの吸収位置及び吸収分布に強く依存することがわかった。これは、プラズマへのECRH吸収パワーは電子温度の上昇とともに急激に上昇するため、電子温度の上昇しやすいプラズマ中心入射や、狭いECRH吸収分布の場合にプラズマが立ち上がりやすくなるためと考えられる。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクでは印加可能な一周電圧の上限が常伝導トカマクに比べて低いため、第一壁等の状況によってはトロイダル電場のみでのプラズマ着火が困難になる可能性がある。JT-60SAはループ電圧が0.5V/mに制限されているため、プラズマ着火が行えるかどうかの条件を明らかにする必要がある。以前著者らは、0次元モデル解析によりJT-60Uの実験結果を定性的に再現することを示したが、実際のプラズマ生成では電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)パワーが共鳴層付近に局在化するため、小半径方向のECRHの吸収分布が重要となる。このため、現在、小半径方向の輸送を追うことのできる1次元モデルの開発を行っている。1次元モデルによる解析では電子及び中性粒子の密度,電子及びイオンの温度,プラズマ電流の時間発展に関する拡散型の連立微分方程式を解いた。その結果、必要とされるECRHパワーはECRHの小半径方向の分布に大きく依存した。本発表では、プラズマ着火の物理過程を明らかにするとともに、電子サイクロトロン波の第一壁での多重反射が必要なECRHパワーにどの程度影響するのかについても述べる。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクは一般に常伝導トカマクに比べて印加可能な一周電圧が低いため、プラズマ着火を確実に行うために電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)による着火補助が考えられている。以前、0次元モデルによりJT-60UのECRH着火補助実験の結果が定性的に再現できることが著者らにより示されたが、実際のプラズマ生成ではECRHパワーが共鳴層付近に局在化するため、空間的に一様なプラズマを想定した0次元モデルではECRHの吸収効率を取り扱うのが困難であった。このため、小半径方向の分布を考慮に入れた1次元モデルを開発した。1次元モデルによる解析では電子および中性粒子密度、電子およびイオン温度、プラズマ電流の時間発展に関する拡散型の連立偏微分方程式を解いた。また、ECRHパワーは分布の変化に伴う吸収率の変化を考慮している。計算の結果、着火に必要なECRHパワーが0次元モデルに比べ数倍多くなる(約1-2MW)ことがわかった。また、着火に必要なECRHパワーが初期中性粒子密度の約0.6乗で上昇すること、および不純物量に対してほぼ線形で上昇することがわかった。
羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 井手 俊介; 諫山 明彦
no journal, ,
超伝導トカマクは一般に常伝導トカマクに比べて印加可能な一周電圧が低いため、プラズマ着火を確実に行うために電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)による着火補助が考えられている。以前、0次元モデルによりJT-60UのECRH着火補助実験の結果が定性的に再現できることが著者らにより示されたが、実際のプラズマ生成ではECRHパワーが共鳴層付近に局在化するため、空間的に一様なプラズマを想定した0次元モデルではECRHの吸収効率を取り扱うのが困難であった。このため、小半径方向の分布を考慮に入れた1次元モデルを開発した。1次元モデルによる解析では電子および中性粒子密度、電子およびイオン温度、プラズマ電流の時間発展に関する拡散型の連立偏微分方程式を解いた。また、ECRHパワーは分布の変化に伴う吸収率の変化を考慮している。計算の結果、着火に必要なECRHパワーが0次元モデルに比べ数倍多くなる(約1-2MW)ことがわかった。また、着火に必要なECRHパワーが初期中性粒子密度の約0.6乗で上昇すること、および不純物量に対してほぼ線形で上昇することがわかった。
