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論文

Development of multi-purpose MW gyrotrons for fusion devices

南 龍太郎*; 假家 強*; 今井 剛*; 沼倉 友晴*; 遠藤 洋一*; 中林 英隆*; 江口 濯*; 下妻 隆*; 久保 伸*; 吉村 泰夫*; et al.

Nuclear Fusion, 53(6), p.063003_1 - 063003_7, 2013/06

The latest development achievements in University of Tsukuba of over-1 MW power level gyrotrons required in the present-day fusion devices, GAMMA 10, LHD, QUEST, Heliotron J and NSTX are presented. The obtained maximum outputs are 1.9 MW for 0.1 s on the 77 GHz LHD tube and 1.2 MW for 1 ms on the 28 GHz GAMMA 10 one, which are new records in these frequency ranges. In long pulse operation, 0.3 MW for 40 min at 77 GHz and 0.54 MW for 2 s at 28 GHz were achieved. A new program of 154 GHz 1 MW development has started for high density plasma heating in LHD. On the first 154 GHz tube, 1.0 MW for 1 s was achieved. As a next activity of 28 GHz gyrotron, we have already carried out the development of over-1.5 MW gyrotron and design study of the 28 GHz cavity and mode converter has shown the possibility of 2 MW level output and CW operation with several hundred kW. Besides, a new design study of dual frequency gyrotron at 28 GHz and 35 GHz has been started, which indicates the practicability of the multi-purpose gyrotron.

論文

Development of multi-purpose MW gyrotrons for fusion devices

南 龍太郎*; 假家 強*; 今井 剛*; 沼倉 友晴*; 遠藤 洋一*; 中林 英隆*; 江口 濯*; 下妻 隆*; 久保 伸*; 吉村 泰夫*; et al.

Nuclear Fusion, 53(6), p.063003_1 - 063003_7, 2013/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:54.31(Physics, Fluids & Plasmas)

The latest development achievements in the University of Tsukuba of over-1 MW power level gyrotrons required in present-day fusion devices, GAMMA 10, Large Helical Device (LHD), QUEST, Heliotron J and NSTX, are presented. The obtained maximum outputs are 1.9 MW for 0.1 s on the 77 GHz LHD tube and 1.2 MW for 1ms on the 28 GHz GAMMA10 one, which are new records in these frequency ranges. In long-pulse operation, 0.3 MW for 40 min at 77 GHz and 0.54 MW for 2 s at 28 GHz are achieved. A new programme of 154 GHz 1 MW development has started for high-density plasma heating in LHD. On the first 154 GHz tube, 1.0 MW for 1 s is achieved. As a next activity of the 28 GHz gyrotron, an over-1.5 MW gyrotron is designed and fabricated to study the multi-MW oscillation. The possibility of 0.4 MW continuous wave and 2 MW level output in operations of a few seconds, after the improvements of output window and mode converter, is shown. Moreover, a new design study of dual-frequency gyrotron at 28 and 35 GHz has started, which indicates the practicability of the multi-purpose gyrotron.

論文

Eddy current-adjusted plasma shape reconstruction by Cauchy condition surface method on QUEST

中村 一男*; Jiang, Y.*; Liu, X.*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 長谷川 真*; 徳永 和俊*; 図子 秀樹*; et al.

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1080 - 1084, 2011/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:36.36(Nuclear Science & Technology)

CCS (Cauchy Condition Surface) method is a numerical approach to reproduce plasma shape, which has good precision in conventional tokamak. In order to apply it in plasma shape reproduction of ST (Spherical Tokamak), the calculation precision of the CCS method in CPD ($$B$$$$_{rm t}$$ = 0.25 T, $$R$$ = 0.3 m, $$a$$ = 0.2 m) has been analyzed. The precision was confirmed also in ST and decided to be applied to QUEST ($$B$$$$_{rm t}$$ = 0.25 T, $$R$$ = 0.68 m, $$a$$ = 0.40 m). In present stage from the magnetic measurement, it is known that the eddy current effect is large in QUEST experiment, and there are no special magnetic measurements for eddy current now, so some proper model should be selected to evaluate the eddy current effect. The eddy current density by not only CS (Center Solenoid) coil but also plasma current is calculated using EDDYCAL (JAEA), the eddy currents are taken as unknown variables and solved together with plasma shape reconstruction. The result shows that the CCS method with eddy current adjustment achieves stable, accurate reconstruction of plasma shape in application to QUEST.

論文

プラズマ実時間制御を考慮したプラズマ断面位置形状再構築システムのST装置への適用検討

栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

九州大学応用力学研究所RIAMフォーラム2008講演要旨, p.66 - 69, 2008/06

JT-60で開発したプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、穴の開いた特異性のある真空場の厳密解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて精度よくプラズマの断面形状を同定できる。このCCS法を九州大学で平成20年度より稼動計画のプラズマ境界力学実験装置QUEST(Q-shu University Experiment with Steady State Spherical Tokamak)のプラズマ平衡実時間制御へ適用し、高精度にプラズマ断面形状を再構築することを確認した。本発表は、QUESTに対して、JT-60での経験に基づいた実時間制御システム構成や実時間プラズマ形状再構築手法の提案における一連の検討結果報告である。

論文

Magnetic sensor dependence of CCS method to reproduce ST plasma shape

Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

九州大学応用力学研究所RIAMフォーラム2006講演要旨, p.138 - 141, 2006/06

JT-60で開発されたプラズマ最外殻磁気面の再構築法であるコーシー条件面(CCS)法は、真空場の解析解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて極めて高い精度でプラズマの形状を同定でき、JT-60Uの実時間制御において既に使用されているという実績を持っている。本発表は、このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)のプラズマに対して利用することを想定して行っている導入開発の成果報告である。高精度再構築に必要な電磁気センサーの配置種類を検討した結果、それらの適切な選択でCCS法と正解のプラズマ形状とは図では確認できないほどの高い精度で一致することがわかった。

論文

Formation conditions for electron internal transport barriers in JT-60U plasmas

藤田 隆明; 福田 武司*; 坂本 宜照; 井手 俊介; 鈴木 隆博; 竹永 秀信; 居田 克巳*; 出射 浩*; 下妻 隆*; 藤澤 彰英*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(5A), p.A35 - A43, 2004/05

 被引用回数:26 パーセンタイル:66.11(Physics, Fluids & Plasmas)

電子サイクロトロン波(EC)加熱を用いて、JT-60Uプラズマにおける電子の内部輸送障壁(ITB)の形成条件を調べた。低密度で、中性粒子ビーム加熱パワーが少ない場合に、EC加熱パワーの系統的なスキャンを行った。負磁気シアプラズマの場合には電子温度勾配が空間的に変化する点が出現し、その内側の電子温度勾配がEC加熱パワーとともにすみやかに増大し、電子熱拡散係数が1m$$^{2}$$/s以下となったのに対して正磁気シアプラズマの場合は電子温度分布は滑らかなままであり、その最大値も小さい値に留まり、電子熱拡散係数は1m$$^{2}$$/s以上であった。このことから、負磁気シアの方が電子ITBが形成されやすいことがわかった。一方、中性粒子ビーム加熱パワーが大きく、イオンのITBが形成される場合には、正磁気シアにおいても電子ITBが形成されることが観測された。これは、イオンのITBの形成に伴う大きな径電場勾配あるいは圧力勾配が電子ITBの形成に有効に働いたためと考えられる。

論文

Comparison of electron internal transport barriers in the large helical device and JT-60U plasmas

居田 克巳*; 藤田 隆明; 福田 武司*; 坂本 宜照; 井手 俊介; 東井 和夫*; 稲垣 滋*; 下妻 隆*; 久保 伸*; 出射 浩*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(5A), p.A45 - A50, 2004/05

 被引用回数:19 パーセンタイル:55.85(Physics, Fluids & Plasmas)

LHDプラズマとJT-60Uプラズマでは低密度プラズマにECHの追加熱を行うと、中心電子温度が上昇し電子系の内部輸送障壁が形成され、電子温度勾配が大きくなる。プラズマの主半径を温度勾配のスケール長で割った値(R/LTe)が電子温度勾配モデルから想定される一つの指標として用いられている。密度で規格化したECHのパワーによってこのR/LTeがどのように変化するかを調べた。LHDプラズマでは、あるパワーにてR/LTeが急激に増大し、内部輸送障壁形成に必要なECHパワーのしきい値の存在を示しているのに対し、JT-60Uのプラズマでははっきりしたしきい値が観測されなかった。この違いは輸送障壁形成機構の違いを示していると考えられる。一方、輸送障壁形成時の電子温度分布にも、LHDプラズマとJT-60Uプラズマで差が観測されている。JT-60Uプラズマでは輸送障壁が形成されるにつれて、プラズマの中心部の温度に平坦化が見られるが、LHDプラズマでは平坦化が観測されていない。これは回転変換分布(q分布)の違いが原因と考えられる。

口頭

球状トカマクプラズマ形状再構築へのCCS法の適用における電磁気センサーの最適化

Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

no journal, , 

JT-60で開発されたプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、真空場の解析解を基本とし、電磁気センサーの入力信号を用いて同定を行うことができる。また、その結果は非常に精度よくプラズマの形状を同定でき、JT-60Uの実時間制御において既に使用されているという実績を持っている。このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)のプラズマに対して利用することを想定して行っている導入開発の一環で、高精度再構築に必要な電磁気センサーの配置を最適化した。本発表はこの結果報告である。

口頭

CCS法の適用による球状トカマクプラズマ形状再構築

Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

no journal, , 

JT-60で開発されたプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、穴のあいた特異性のある真空場の厳密解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて精度よくプラズマの形状を同定できる。このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)のプラズマ平衡実時間制御へ適用し高精度に再構築することを確認した。そこでさらに、再構築精度の電流分布の変化の依存性について検討を行った。本発表は、この検討結果の報告である。

口頭

Current profile dependence of CCS method to reproduce spherical tokamak plasma shape

Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

no journal, , 

JT-60で開発されたプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、穴のあいた特異性のある真空場の厳密解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて精度よくプラズマの形状を同定できる。このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)及びPWI実験装置(CPD)のプラズマ平衡実時間制御へ適用し高精度に再構築することを確認した。そこでさらに、再構築精度の電流分布の変化の依存性について検討を行った。本発表は、この検討結果の報告である。

口頭

CCS法によるSTプラズマ断面形状再構成における特異値分解

中村 一男*; 松藤 伸治*; 友田 誠志*; Wang, F.*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; et al.

no journal, , 

JT-60で開発したプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、穴のあいた特異性のある真空場の厳密解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて精度よくプラズマの形状を同定できる。このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)のプラズマ平衡実時間制御へ適用し高精度に再構築することを確認した。これまではCCS法における観測方程式に最小自乗法を用いてきたが、ここでは、係数マトリクスを特異値分解し特異値の大きな成分から順に逆行列を求めた。本発表は、この検討結果の報告である。

口頭

Characteristics of SVD in ST plasma shape reproduction method based on CCS

中村 一男*; 松藤 伸治*; 友田 誠志*; Wang, F.*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 長谷川 真*; 徳永 和俊*; et al.

no journal, , 

JT-60で開発したプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、穴の開いた特異性のある境界付き真空場の厳密解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて精度よくプラズマの断面形状を同定できる。このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)のプラズマ平衡制御へ適用し高精度に再構築できることを確認した。これまではCCS法における観測方程式を最小二乗法により求解してきたが、ここでは、係数マトリクスを特異値分解し特異値の大きな成分から順に一般逆行列を求めた。また、プラズマ電流立上げや立下げ時における真空容器の渦電流の寄与がある場合の最小二乗法,特異値分解法を含む一般逆行列の特徴も比較した。本発表は、これら一連の検討結果報告である。

口頭

CCS法に基づくQUESTプラズマ断面再構成に及ぼす渦電流の影響

中村 一男*; Yi, J.*; Liu, X.*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 長谷川 真*; 徳永 和俊*; 図子 秀樹*; et al.

no journal, , 

JT-60で開発したプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、真空場の解析解を基本とし、電磁気センサーの信号を用いて精度よくプラズマの断面形状を同定できる。このCCS法を九州大学の球状トカマク装置QUEST(Q-shu University Experiment with Steady-State Spherical Tokamak)のプラズマ断面形状再構成に適用し精度よく再構築できることを確認した。本発表では、球状トカマク装置QUESTにおけるプラズマ電流立上げや立下げ時の真空容器モデルに依存する渦電流分布の影響やコイル通電時の時定数の異なる渦電流の影響、さらに磁気プローブを設置した同定精度の向上など、これら一連の検討結果報告である。

口頭

渦電流を考慮したCCS法によるQUEST球状トカマクプラズマ断面形状の実時間再構成

Yi, J.*; 中村 一男*; Liu, X.*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 長谷川 真*; 徳永 和俊*; 図子 秀樹*; et al.

no journal, , 

JT-60で開発したプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件(CCS)法は真空場の解析解を基本とし、電磁気センサーの信号を用いて精度よくプラズマの断面形状を同定できる。このCCS法を九州大学の球状トカマク装置QEST(Q-shu University Experiment with Steady-State Spherical Tokamak)のプラズマ断面形状再構成に適用し精度よく再構築できることを確認した。本発表では、球状トカマク装置QUESTのプラズマ断面形状実時間再構成システムにおける、絶縁増幅器のオフセット電圧補正方法、プラズマ着火後のフィードバック制御によるプラズマ垂直位置不安定性の安定化、さらに一周電圧を用いた渦電流の解析など、これら一連の検討結果報告である。

口頭

Development of 2-frequency (110/138 GHz) FADIS for JT-60SA ECHCD system

出射 浩*; 森山 伸一; 小林 貴之

no journal, , 

原子力機構では、JT-60SA装置の電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECHCD)システム用2周波数(110/138GHz)ジャイロトロン管が開発されている。九州大学と原子力機構の共同研究で、2周波数ジャイロトロンシステム用の高速スイッチ(FADIS)開発が進められており、2つの共鳴リングをもつ方形コルゲート導波管分波器が検討されている。FADISで用いられる方形コルゲート導波管分波器では、2周波数動作にて、分波器へ入射されたガウスビームが、90%以上の純度をもったガウスビームで順方向・逆方向に出力される。ワークショップでは、2周波数動作に向けた方形コルゲート導波管分波器の設計内容が報告される。

口頭

JT-60SAでのNTM抑制実験に向けたミリ波高速スイッチシステムの検討

出射 浩*; 森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 坂口 政嗣*; Kasparek, W.*

no journal, , 

急峻な分波器特性によって、わずかな周波数制御で経路変更できる2周波数動作式の高速ミリ波切替器が検討されている。方形コルゲート導波管を用いた高速ミリ波切替器の分波器が、JT-60SA ECHCDシステムの2周波数運転に向けて設計された。2周波数動作では分波器が重要であり、マッチング係数解析に基づき、分波器の拡張動作領域が調べられた。2周波数で高いマッチング係数($$>$$0.9)をもつ動作領域が見つかり、新たな運転パラメータが提案された。方形コルゲート導波管からの放射電界評価で、大ききサイドローブがないことも確認された。ここでは、2重ループ共振器システムが提案された。

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