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論文

Experimental progress on zonal flow physics in toroidal plasmas

藤澤 彰英*; 井戸 毅*; 清水 昭博*; 岡村 昇一*; 松岡 啓介*; 井口 春和*; 浜田 泰司*; 中野 治久*; 大島 慎介*; 伊藤 公孝*; et al.

Nuclear Fusion, 47(10), p.S718 - S726, 2007/10

 被引用回数:74 パーセンタイル:4.38(Physics, Fluids & Plasmas)

帯状流の物理の実験的進展につきレビューする。新しい測定器により、プラズマ中の帯状流の存在が確認され、その時間空間特性,乱流や閉じ込めとの関係が明らかにされてきた。特に、測地的音波モードという振動帯状流について、測定結果が集積し、理論的進展をうながしている。乱流による帯状流の生成機構も解明されつつある。各国の装置の結果を比較,協力することにより、今後もなお一層、帯状流と閉じ込めとの関係の解明を進めることが重要である。

論文

Measurement and analysis of the fluctuations and poloidal flow on JFT-2M tokamak

星野 克道; 井戸 毅*; 永島 芳彦*; 篠原 孝司; 小川 宏明; 神谷 健作; 川島 寿人; 都筑 和泰*; 草間 義紀; 大麻 和美; et al.

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

JFT-2Mトカマクでのプラズマポテンシャルや密度の揺動とポロイダル流の研究について発表する。測地的音波モード(GAM)を同定し、その電場構造を明らかにした。GAMは背景乱流と3波相互作用をし、ドリフト波-帯状流理論と整合することを明らかにした。さらにGAMは背景密度揺動を変調し、揺動抑制は流速の方向や勾配に依存するという動的性質をもち理論と整合する。Hモード中は負電場が形成され、乱流の抑制によるGAMの消滅がある。周辺輸送障壁に帯状流があるかどうかは興味深い。そこで、Hモード中の低周波ポテンシャル揺動に着目しウェーブレット解析を行い、ごく低周波(数百Hz)領域にLモード時やELM時に消滅する特徴的ポテンシャル揺動を見いだした。ポロイダル流と揺動の抑制は強く関係するが、Hモードの径電場は、GAM径電場の約20倍程度でありポロイダル流も強い。定常帯状流はGAMと異なり、周波数がゼロで揺動観測にかからないはずであるが、ポテンシャル構造の不均一性がある場合は流速から、その周波数は数百Hzと近い。この低周波静電揺動が径電場流や帯状流に由来する可能性があると考えられる。

論文

Experimental progress on zonal flow physics in toroidal plasmas

藤澤 彰英*; 井戸 毅*; 清水 昭博*; 岡村 昇一*; 松岡 啓介*; 浜田 泰司*; 星野 克道; 永島 芳彦*; 篠原 孝司; 中野 治久*; et al.

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 12 Pages, 2007/03

帯状流に関する実験の現状についてまとめる。測定の進歩により、帯状流の存在,時間空間特性,乱流との関係,閉じ込めとの関係などが明らかになりつつある。特に、帯状流の一種である測地的音波モードの測定結果の集積により、これを記述できる理論の構築が必要となっている。これらの帯状流と閉じ込めの解明をさらに進めるためには、装置間の横断的研究が非常に有効であると考えられる。

論文

Compatibility of reduced activation ferritic steel wall with high performance plasma on JFT-2M

都筑 和泰; 神谷 健作; 篠原 孝司; Bakhtiari, M.*; 小川 宏明; 栗田 源一; 武智 学; 河西 敏; 佐藤 正泰; 川島 寿人; et al.

Nuclear Fusion, 46(11), p.966 - 971, 2006/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:46.35(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは、発電実証炉のブランケット構造材の有力候補である低放射化フェライト鋼のプラズマへの適用性を調べる「先進材料プラズマ試験」を段階的に進めてきた。核融合原型炉では壁安定化効果を利用して規格化ベータ3.5$$sim$$5.5程度のプラズマを生成することが想定されているため、フェライト鋼のような強磁性体壁をプラズマに近づけた時のMHD安定化への影響を評価することは応用上重要である。そこで、壁とプラズマとの距離を変え、安定化効果を調べる実験を行った。まずプラズマの位置,圧力をより正確に評価するための平衡計算コードの改良を行った。改良後のコードを実験と比較し、良い一致が見られた。そのうえでプラズマを壁に近づける実験を行い、プラズマ小半径で規格化した壁との距離が1.3程度の範囲までフェライト鋼壁と高規格化ベータプラズマが共存し得ることを実証した。また、壁との距離以外の条件が共通しているデータセットを抽出し、壁に近い配位の方が(1)$$beta$$限界が上昇する,(2)コラプスに至る時定数が長くなるなど、壁安定化効果の存在を示唆するデータが得られた。

論文

Observation of the interaction between the geodesic acoustic mode and ambient fluctuation in the JFT-2M tokamak

井戸 毅*; 三浦 幸俊; 星野 克道; 神谷 健作; 浜田 泰司*; 西澤 章光*; 川澄 義明*; 小川 宏明; 永島 芳彦*; 篠原 孝司; et al.

Nuclear Fusion, 46(5), p.512 - 520, 2006/05

 被引用回数:75 パーセンタイル:5.17(Physics, Fluids & Plasmas)

重イオンビームプローブ(HIBP)によるポテンシャル揺動と密度揺動の同時計測により、JFT-2Mトカマクの静電揺動スペクトルと揺動粒子束を明らかにした。周波数約15kHzのコヒーレントな測地的音波モード(GAM)をLモード中に同定した。このモードはセパラトリクスから約3cm内側の位置でピークを持ち電場強度が約1.4kV/mである。算出した乱流揺動粒子束は間欠的であることがわかった。密度揺動は、広帯域にわたってGAMにより変調されており、算出した揺動粒子束もGAMの影響をうけていることがコヒーレンス解析で判明した。Hモードでは、GAMが消え、揺動,揺動粒子束も大きく減少している。算出された大きな間欠的バースト的粒子束の原因解明は今後の課題である。

論文

Geodesic-acoustic-mode in JFT-2M tokamak plasmas

井戸 毅*; 三浦 幸俊; 神谷 健作; 浜田 泰司*; 星野 克道; 藤澤 彰英*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 西澤 章光*; 小川 宏明; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(4), p.S41 - S50, 2006/04

 被引用回数:100 パーセンタイル:3.04(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mトカマクにおいて重イオンビームプローブ(HIBP)を用いてプラズマ内部における測地的音波モード(Geodesic Acoustic mode, GAM)に伴うポテンシャル揺動及び密度揺動の同時計測を行った。ポテンシャル揺動はプラズマ境界内側で極大値を持っていること,この構造内で周波数はほぼ一定であること,このモードが径方向へ伝播していること、及びGAMが背景乱流に影響を及ぼしていることなどを明らかにした。背景乱流への影響の程度は理論モデルの予測とほぼ一致していることがわかった。

論文

Plasma diagnostics in JFT-2M

河西 敏*; 神谷 健作; 篠原 孝司; 川島 寿人; 小川 宏明; 上原 和也; 三浦 幸俊; 岡野 文範; 鈴木 貞明; 星野 克道; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.225 - 240, 2006/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:71.31(Nuclear Science & Technology)

約30台の計測装置から構成されているJFT-2Mの計測診断システムは、プラズマ生成,制御,平衡,安定性,閉込め,NBIやRF(LH, ICRF, ECH)による加熱,RFによる電流駆動の研究に使用されてきた。このうち、運動シュタルク効果を利用した偏光計,荷電交換反応分光器,重イオンビームプローブ,飛行時間測定法による中性粒子測定器等は、Hモード,高リサイクリング定常(HRS)Hモードの閉込め改善機構の解明や運転領域の探求に貢献した。赤外テレビカメラ,損失イオンプローブは、リップル損失粒子による壁への熱負荷,主プラズマからの損失するイオンに関する研究でそれぞれ重要な役割を果たした。この論文は、これらの計測機器についてレビューしたものである。

論文

Characteristics of plasma operation with the ferritic inside wall and its compatibility with high-performance plasmas in JFT-2M

都筑 和泰*; 木村 晴行; 草間 義紀; 佐藤 正泰; 川島 寿人; 神谷 健作; 篠原 孝司; 小川 宏明; 上原 和也; 栗田 源一; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.197 - 208, 2006/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:31.91(Nuclear Science & Technology)

低放射化フェライト鋼は核融合原型炉のブランケット構造材の有力候補である。しかし、強磁性体であるため、プラズマの生成,制御,閉じ込め,安定性等に悪影響を与えることが懸念されていた。また、酸素不純物の吸蔵量が大きいことから、プラズマ中に不純物を放出することも懸念された。JFT-2Mでは段階的にフェライト鋼を導入して適合性試験を進めた。その最終段階では、真空容器内壁の全面にフェライト鋼を設置して実験を行った。プラズマ生成,制御に関しては、フェライト鋼によって生成される磁場が、外部磁場の10%程度であり、トカマクプラズマが既存の制御系で生成可能であることを示した。また、高規格化ベータプラズマに対する適合性を調べる実験を行い、フェライト鋼壁の存在下でも原型炉の運転領域に相当する規格化ベータ3.5程度のプラズマが生成できることを実証した。壁に近づけると不安定性の成長速度が遅くなることを示し、フェライト鋼壁が非磁性導体壁と同様の壁安定化効果を持つことを示した。低ベータでのロックトモード,Hモード遷移等にも悪影響は観測されなかった。以上のように、フェライト鋼の原型炉への適用に対し見通しを与える結果が得られた。

論文

重イオンビームプローブによるゾーナルフロー研究,2

井戸 毅*; 浜田 泰司*; 三浦 幸俊; 星野 克道

プラズマ・核融合学会誌, 81(2), p.987 - 992, 2005/12

重イオンビームプローブ(HIBP)は、高温プラズマのポテンシャル揺動や密度揺動の研究に有力な手段であり、これを用いた帯状流の研究が現在急速に進展している。この報文では、JIPPT-IIUトカマクやJFT-2Mトカマクで研究されてきた帯状流の一種である測地的音波モード(GAM)の特性のHIBPによる測定結果を紹介する。測定された周波数や空間構造は、理論の予測に近い。またGAM流の背景揺動への影響もみられている。

論文

High performance tokamak experiments with a ferritic steel wall on JFT-2M

都筑 和泰; 木村 晴行; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 神谷 健作; 篠原 孝司; 小川 宏明; 星野 克道; Bakhtiari, M.; 河西 敏; et al.

Nuclear Fusion, 43(10), p.1288 - 1293, 2003/10

 被引用回数:34 パーセンタイル:24.44(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは、原型炉のブランケット構造材料の候補である低放射化フェライト鋼とプラズマとの適合性を調べる実験を進めてきている。昨年度にはフェライト鋼内壁を真空容器内に全面的に設置する作業を行い、今年度より実験を開始している。プラズマ生成,制御は問題なく行われ、金属不純物の放出も検出限界以下であった。改善閉じ込め(Hモード)も実現され、そのしきいパワーもこれまでと同等であった。プラズマ安定性に関してもこれまでの所悪影響は観測されておらず、規格化$$beta$$が3を超える放電との共存性も示された。高速イオンのリップル損失に関しても顕著な低減が実証された。以上のように、フェライト鋼の悪影響は小さく、有望な結果を得ている。JFT-2Mでは、その他にも先進的、基礎的な研究を行っている。先進的粒子供給手法であるコンパクトトロイド(CT)入射実験においては、再現性よくプラズマ中へ入射が行われ、CT入射に伴う密度の急上昇が初めて明確に観測された。

論文

Calibration of heavy ion beam probe energy analyzer using mesh probe in the JFT-2M tokamak

神谷 健作; 三浦 幸俊; 井戸 毅*; 浜田 泰司*

Review of Scientific Instruments, 74(9), p.4206 - 4208, 2003/09

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

メッシュプローブを用いた重イオンビームプローブ用平行平板型エネルギー分析器の直接的な較正手法を確立した。ガス散乱による較正実験においてメッシュプローブ内にサンプル体積を導入した後、ACバイアスを印加することにより、観測される2次ビームの規格化差分量がバイアス電圧に比例することを確認した。同時に、規格化差分量のバイアス電圧に対する勾配が、理論計算から予想されるように分析器への入射角に依存することも確認できた。ビームのメッシュ透過率は約40%であるが、ビーム電流は10マイクロAとすることにより良好なS/Nが得られた。今回の絶対較正結果は誤差10%以下であり、メッシュプローブを用いない通常のガス散乱による較正結果と良い一致を示した。

論文

Relations among potential change, fluctuation change and transport barrier in the JFT-2M tokamak

三浦 幸俊; 井戸 毅*; 神谷 健作; 浜田 泰司*; JFT-2Mグループ

Nuclear Fusion, 41(8), p.973 - 979, 2001/08

 被引用回数:16 パーセンタイル:47.21(Physics, Fluids & Plasmas)

これまでのL/H遷移時における電場測定の時間分解能は約1ミリ秒であり、Hモードと電場変化の対応のみが示されただけであり、電場の分岐現象が起こりHモードに至るかどうかは必ずしも自明ではなかった。重イオンビームプローブ(HIBP)計測による高速・電位・揺動測定により、L/H遷移時のプラズマ境界における空間電位変化の時間スケールを明らかにし、多くの理論的考察で示されている「電場構造の変化によるL/H遷移(輸送障壁形成)」に関して実験的根拠を与えた。また、P$$_{NBI}$$~閾値電力の場合においては、閉じ込めが鋸歯状振動ごとに段階的に改善されていくケースがあることを利用し、この閉じ込め改善の初期における電場勾配から、もし電場勾配が閉じ込め改善に重要な役割を担っており、その勾配に閾値が存在すると仮定すると、その閾値は、(1.2$$pm$$0.4)$$times$$10$$^{3}$$kV/m$$^{2}$$以下であることを明らかにした。

論文

Development of mesh probe for the calibration of the HIBP diagnostic system in the JFT-2M tokamak

神谷 健作; 三浦 幸俊; 都筑 和泰; 井戸 毅*; 浜田 泰司*; 中山 武*

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.579 - 582, 2001/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.36(Instruments & Instrumentation)

重イオンビームプローブ(HIBP)測定におけるビーム軌道確認、及びエネルギー分析器絶対較正のためのメッシュプローブを開発した。本プローブを用いることで空間電位測定時の磁場で、かつプラズマ観測領域におけるビーム軌道、及びサンプルボリューム(イオン化点)の位置が$$pm$$1cm程度の精度で直接確認できた。エネルギー分析器絶対較正としても新しい手法であり、既知の位置からエネルギー変化量が既知のビームを生成することが可能となった。サンプルボリュームを内部メッシュボックス内に決定しAC電圧($$Phi_{BIAS}$$=$$pm$$1.0kV,50Hz)を印加したところ、エネルギー変化に対応する規格化差信号ND(Normalized Difference)の線形性応答(dND/d$$Phi_{BIAS}$$)の分析器への入射角依存性を直接確認することができた。絶対較正の誤差は10%以下と見積もられ、従来のフィッティングによる較正結果と矛盾しない。

論文

Temporal behaviour of the potential and fluctuations at the L/H transition on JFT-2M

井戸 毅; 神谷 健作; 三浦 幸俊; 浜田 泰司*; 西澤 章光*; 川澄 義明*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 42(5A), p.A309 - A315, 2000/05

 被引用回数:15 パーセンタイル:51.56(Physics, Fluids & Plasmas)

重イオンビームプローブ測定による、L/H遷移時のプラズマ境界付近での電場・揺動の挙動について発表する。加熱パワーが閾値より十分大きい時のL/H遷移では、プラズマ境界付近で-100V程度の空間電位変化が、10から100マイクロ秒の速さで起こる。加熱パワーが閾値近くになると、鋸歯状振動毎に空間電位の変化と段階的な閉じ込め改善が起こり、ELM無しHモードに至る。この時、低周波揺動は早い段階で抑制されるが、高周波揺動(~80~100kHz)は、ELM無しHモードに至る直前で抑制されることがわかった。また早い段階での空間電位分布から、輸送障壁形成に必要な電場勾配に閾値が存在するとしたら、それは1.2kV/m$$^{2}$$程度以下であることがわかった。

口頭

原子力利用を支える基礎基盤的能力を有する研究開発人材の育成強化

久語 輝彦; 濱田 潤平; 峯尾 英章; 大久保 成彰; 高野 公秀; 松村 達郎; 渡邉 雅之; 岩本 修; 森田 泰治; 前川 藤夫

no journal, , 

日本原子力研究開発機構が強化に努めている研究開発人材の育成に係る取組の現状を報告する。

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