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論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,52

篠原 孝司; 林 伸彦; 諫山 明彦; 宮戸 直亮; 浦野 創; 相羽 信行

プラズマ・核融合学会誌, 91(12), p.797 - 800, 2015/12

2015年秋季に国際トカマク物理活動(ITPA)に関する5グループの会合が各グループ独立に開催された。「高エネルギー粒子物理」はウィーン(オーストリア)で開催し日本からは4名の参加があった。「統合運転シナリオ」は合肥(中国)で開催し日本からは2名の参加があった。「MHD安定性」はナポリ(イタリア)で開催し日本からは1名の参加があった。「輸送と閉じ込め物理」および「ペデスタル物理」はガルヒング(ドイツ)で開催し日本からは輸送3名(内TV会議参加2名)、ペデスタル3名の参加があった。それぞれ、各極の関係者と国際装置間比較実験やITERの物理に関する今後の課題、及び各グループの活動計画の議論が行われた。これらの会合の概要をまとめて報告する。なお、次回会合は2016年の春季に各グループ独立に開催する予定である。

論文

Progress and status of the gyrotron development for the JT-60SA ECH/CD system

小林 貴之; 澤畠 正之; 寺門 正之; 平内 慎一; 池田 亮介; 小田 靖久; 和田 健次; 日向 淳; 横倉 賢治; 星野 克道; et al.

Proceedings of 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2015) (USB Flash Drive), 3 Pages, 2015/08

JT-60SAにおける電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECH/CD)用にジャイロトロン開発を行っている。高出力、長パルス試験を行い、110GHzと138GHzの2つの周波数において、1MW/100秒の出力を得ることに世界で初めて成功した。この結果により、JT-60SAに求められるジャイロトロンの性能を、完全に満たした。また、空胴共振器、コレクター及び不要高周波の吸収体の熱負荷を実験的に評価した結果、熱負荷の観点では、更なる高出力での運転が、両方の周波数で可能であることを示した。さらに、上記2周波数に加えた付加的な周波数として、82GHzでの発振が、これまでのところ、0.4MW/2秒まで得られている。110/138GHzにおける1.5MW以上の出力や、82GHzにおける1MW出力を目指した大電力試験が進展中であり、最新の成果について報告する。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,49

篠原 孝司; 諫山 明彦; 鈴木 隆博; 吉田 麻衣子

プラズマ・核融合学会誌, 91(7), p.494 - 496, 2015/07

AA2015-0141.pdf:0.38MB

2015年の春季に国際トカマク物理活動(ITPA)に関する全4グループの会合が各グループ独立に開催された。「高エネルギー粒子物理」はフランスのITER機構で開催し日本からは2名の参加があった。「MHD安定性」はフランスのITER機構で開催し日本からは1名の参加があった。「統合運転シナリオ」はスペインのFusion for Energyで開催し日本からは3名の参加があった。「輸送と閉じ込め物理」はフランスのITER機構で開催し日本からは2名(TV会議参加)の参加があった。それぞれ、各極の関係者と国際装置間比較実験、ITERの物理に関する今後の課題、及び、各グループの活動計画の議論が行われた。これらの会合の概要をまとめて報告する。なお、次回会合は2015年の秋季に各グループ独立に開催する予定である。

論文

Gyrotron development for high-power, long-pulse electron cyclotron heating and current drive at two frequencies in JT-60SA and its extension toward operation at three frequencies

小林 貴之; 森山 伸一; 横倉 賢治; 澤畠 正之; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 星野 克道; et al.

Nuclear Fusion, 55(6), p.063008_1 - 063008_8, 2015/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:25.28(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60SAにおける電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECH/CD)のため、高出力、長パルス発振を110GHzと138GHzの両方で実現するジャイロトロンを開発した。2周波数で運転可能なジャイロトロンとして、世界で初めて、1MW、100秒間の発振を両周波数で実証した。三極型電子銃を用いてアノード電圧又は電子のピッチファクターの最適化することが、2周波数で高出力と高効率を得るために重要であった。また、本ジャイロトロン内部での損失は、今後の1.5MW以上での発振を想定した場合でも十分に小さいと予測される結果が得られた。さらに、上記2周波数はJT-60SAにおいては第二高調波として入射されるが、基本波として使用可能な82GHzでの発振についても、0.4MWで2秒まで実証した。これらのジャイロトロン開発の成果により、JT-60SAにおけるECH/CD装置の適用可能領域の大幅な拡張に寄与することが期待される。

論文

One-dimensional analysis of ECRH-assisted plasma start-up in JT-60SA

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:4 パーセンタイル:43.49(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$$times$$10$$^{18}$$m$$^{-3}$$、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。

論文

Development of a dual frequency (110/138 GHz) gyrotron for JT-60SA and its extension to an oscillation at 82 GHz

小林 貴之; 森山 伸一; 諫山 明彦; 澤畠 正之; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 87, p.04008_1 - 04008_5, 2015/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:15.08

JT-60SAの幅広いプラズマ放電条件において電子サイクロトロン加熱(ECH)・電流駆動を可能とするため、110GHz及び138GHzを選択的に出力可能な2周波数ジャイロトロンの開発を原子力機構で進めている。JT-60SAに向けた開発目標である1MWで100秒発振を実現するための発振調整及びコンディショニング運転が順調に進んでいる。これまでのところ、1MW/10秒、0.51MW/198秒の発振が両周波数で得られた。加えて、上記2周波数ジャイロトロンにおいて、付加的な周波数として82GHzの発振(0.3MW/20ミリ秒)を実証し、JT-60SAにおける基本波を用いたECHの可能性を示した。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,47

諫山 明彦; 浦野 創; 宮戸 直亮; 井手 俊介; 朝倉 伸幸; 篠原 孝司

プラズマ・核融合学会誌, 90(12), p.830 - 833, 2014/12

2014年の秋季に国際トカマク物理活動(ITPA)に関する6つの会合(「ペデスタル物理」、「輸送と閉じ込め物理」、「統合運転シナリオ」、「スクレイプオフ層およびダイバータ物理」、「高エネルギー粒子物理」、「MHD安定性」)が開催された。各会合の概要をまとめて報告する。

論文

Inter-code comparison benchmark between DINA and TSC for ITER disruption modelling

宮本 斉児*; 諫山 明彦; Bandyopadhyay, I.*; Jardin, S. C.*; Khayrutdinov, R. R.*; Lukash, V.*; 草間 義紀; 杉原 正芳*

Nuclear Fusion, 54(8), p.083002_1 - 083002_19, 2014/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:21.26(Physics, Fluids & Plasmas)

DINAとTSCはトカマク平衡に関する2次元コードであり、ITERのディスラプションのモデリングにも用いられている。今回、そのモデリングの妥当性を検証するために、ベンチマークシナリオを用いたコード間の比較を行った。DINAとTSCで用いられているシミュレーションモデルは、抵抗性拡散の時間スケールで等価であるはずであるが、コード間の違いをベンチマークで考慮することが困難であったため、これまで、互いに同じ結果が得られるかどうかは確かめられていなかった。本論文では、コード間の違いを考慮して比較を行えば、高い精度でシミュレーション結果が一致することを示した。このことは、DINAやTSCによる計算結果が正しいことの裏付けになるが、ハロー電流および第一壁中の電流経路が関わってくるときには、単純に結論することはできない。DINAでは磁気面平均された電流拡散方程式が解かれているため、近似的にしか壁の中を流れる電流を扱うことができない。一方、TSCはそのような制限なしにより現実的にハロー電流を取り扱うことができる。TSCコードとの比較により、DINAのハロー電流モデルを検証した。また、各コードの特性を明らかにし、ITERでのディスラプション予測に及ぼす影響を議論した。

論文

Role of the electron temperature in the current decay during disruption in JT-60U

柴田 欣秀; 諫山 明彦; 松永 剛; 河野 康則; 宮本 斉児*; Lukash, V.*; Khayrutdinov, R.*; JT-60チーム

Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.2), p.3402084_1 - 3402084_5, 2014/06

トカマク装置におけるディスラプション現象ではプラズマ電流が急激に減少する電流クエンチが存在する。この電流クエンチ時にはプラズマ電流の減衰率に比例して真空容器等に電磁力が発生するため、プラズマ電流の減衰を抑制する必要がある。今までの研究においては電流クエンチ初期では電子温度分布の変化が電流減衰時間を決定していることが明らかにされている。本研究では電流クエンチ初期以降のプラズマ電流の減衰に電子温度が与える影響を調べるため、ディスラプションコードDINAを用いて電流クエンチ全体のシミュレーションを実施した。電流クエンチの初期は計測された電子温度分布を、初期以降は仮定した電子温度分布を用いて計算を行った。電子温度が計測できている最後の時刻以降は変化しないと仮定した場合、計測されたプラズマ電流値と近い時間変化が得られた。しかし、電流クエンチ初期以降では電子温度は計測限界値以下まで減少しているため、今回用いた仮定は実際の状況とは異なる。また、プラズマ断面積の振る舞いも実際に評価したものとは異なっていた。プラズマ電流の減少は様々なパラメータが関与するため、電子温度分布の影響を切り分ける必要がある。DINAコードを使用して様々な電子温度モデルで計算することにより、電子温度がプラズマ電流の減衰に与える影響を調査した結果を発表する。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,45

林 伸彦; 相羽 信行; 諫山 明彦; 篠原 孝司; 本多 充

プラズマ・核融合学会誌, 90(6), p.352 - 355, 2014/06

2014年の春季に国際トカマク物理活動(ITPA)に関する5つの会合(「MHD安定性」、「高エネルギー粒子物理」、「統合運転シナリオ」、「輸送と閉じ込め物理」、「ペデスタル物理」)が開催された。各会合の概要をまとめて報告する。なお、次回会合は、2014年の秋季のIAEA国際会議直後に開催する予定である。

論文

The Effect of the electron temperature and current density profiles on the plasma current decay in JT-60U disruptions

柴田 欣秀; 諫山 明彦; 宮本 斉児*; 河上 翔*; 渡邊 清政*; 松永 剛; 河野 康則; Lukash, V.*; Khayrutdinov, R.*; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 56(4), p.045008_1 - 045008_8, 2014/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:83(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uのディスラプションにおいて、電流クエンチ初期のプラズマ電流の減衰をディスラプションシミュレーションコード(DINA)と計測された電子温度分布を用いて計算した。電流減衰時間が短い放電では、熱クエンチ直後の電子温度分布は既にピークしており、電流クエンチ中にあまり変化しなかった。一方、電流減衰時間が長い放電では、熱クエンチ直後の電子温度分布は電流減衰時間が短い放電に比べて広がりを持っており、電流クエンチ中に電子温度分布の収縮が観測された。そのような放電では、プラズマ外部インダクタンスはほとんど変化しないが、プラズマ内部インダクタンスの増加がDINAコードの計算でも観測された。一連の計算により、プラズマ内部インダクタンスの増加は、周辺領域の電子温度が減少し、プラズマ中心に電流が拡散することにより発生していることが分かった。また、本研究ではDINAコードを用いることにより、プラズマ周辺部の電子温度の加熱を用いることによりプラズマ電流の減衰時間を長くする方法を提案した。

論文

Development of advanced inductive scenarios for ITER

Luce, T. C.*; Challis, C. D.*; 井手 俊介; Joffrin, E.*; 鎌田 裕; Politzer, P. A.*; Schweinzer, J.*; Sips, A. C. C.*; Stober, J.*; Giruzzi, G.*; et al.

Nuclear Fusion, 54(1), p.013015_1 - 013015_15, 2013/12

 被引用回数:14 パーセンタイル:23.25(Physics, Fluids & Plasmas)

The ITPA IOS group has coordinated experimental and modeling activity on the development of advanced inductive scenarios for applications in the ITER tokamak. This report documents the present status of the physics basis and the prospects for applications in ITER. The key findings are: (1) inductive scenarios capable of higher $$beta_{rm N} ge 2.4$$ than the ITER baseline scenario ($$beta_{rm N} = 1.8$$) with normalized confinement at or above the standard H-mode scaling have been established under stationary conditions on the four largest diverted tokamaks (AUG, DIII-D, JET, JT-60U) in a broad range in $$q_{rm 95}$$ and density; (2) MHD modes can play a key role in reaching stationary high performance, but also define the stability and confinement limits; (3) the experiments have yielded clearer measurements of the normalized gyroradius scalin; and (4) coordinated modeling activity supports the present research by clarifying the most significant uncertainties in the projections to ITER.

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,42

吉田 麻衣子; 篠原 孝司; 林 伸彦; 諫山 明彦; 神谷 健作

プラズマ・核融合学会誌, 89(12), p.887 - 889, 2013/12

2013年の秋季に、国際トカマク物理活動(ITPA)に関する5グループ(高エネルギー粒子物理、輸送と閉じ込め物理、統合運転シナリオ、ペデスタル物理、MHD安定性のトピカルグループ)の会合が開催された。高エネルギー粒子物理トピカルグループ会合は、中国の北京市で開催され、参加者は約30名、発表件数は28件であった。輸送と閉じ込め物理トピカルグループ、統合運転シナリオトピカルグループ、ペデスタル物理トピカルグループは、福岡県の春日市で開催され、パラレル合同セッションが半日設けられた。輸送と閉じ込め物理トピカルグループ会合の参加者数は36名、発表件数はパラレル合同セッションも含めて43件であった。ペデスタル物理トピカルグループ会合の参加者は35名、統合運転シナリオトピカルグループ会合の参加者数は30名であった。MHD安定性トピカルグループ会合は、中国の合肥市で開催され、参加者は51名であった。ぞれぞれのグループにおいて、ITERでの課題解決に向けた研究報告や議論がなされた。次回の会合は2014年の春季に開催予定である。

論文

Effect of resistivity profile on current decay time of initial phase of current quench in neon-gas-puff inducing disruptions of JT-60U

河上 翔*; 柴田 欣秀; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 滝塚 知典*; 河野 康則; 岡本 征晃*

Physics of Plasmas, 20(11), p.112507_1 - 112507_6, 2013/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.48(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uでは、ネオンガスパフディスラプションの電流クエンチの初期フェイズにおけるプラズマ電流減衰時間は、内部インダクタンスの増加率によって大きく影響されることが分かっていた。このフェイズにおいて内部インダクタンスが増加する理由を調べるために、電子温度(抵抗率)分布と電流密度分布の時間変化に着目し、数値計算を実施した。その結果、内部インダクタンスが増加する理由を解明した。電流クエンチ開始直後の電流密度分布は、数値計算で得られる定常状態での電流密度分布より広い分布をしており、電流密度分布はその後中心ピークした形へ変化していき、それに伴い内部インダクタンスが増加することを明らかにした。

論文

Development of a linear motion antenna for the JT-60SA ECRF system

森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 星野 克道; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 横倉 賢治; 澤畠 正之; 寺門 正之; 日向 淳; et al.

Fusion Engineering and Design, 88(6-8), p.935 - 939, 2013/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.81(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAの電子サイクロトロン周波数帯(ECRF)加熱電流駆動装置に用いるアンテナとして、冷却水リークの可能性を極めて小さくできるようにミラーを直線駆動する形式を提案している。駆動機構,ベロー等の主要構成要素の実施可能性については、既にモックアップを製作して確認した。今回、ミラー駆動シャフトの支持機構として固体潤滑剤を使用した金属滑り軸受けを利用する設計を行い、モックアップに組み込んだ。一般的なボールベアリングと比較して、シャフトの回転と直線運動を1つの軸受で実現できる利点がある。真空排気した状態での駆動試験を行って固体潤滑剤が真空性能に与える影響を質量分析によって調べた。一方、JT-60SAの典型的実験シナリオにおけるECRF加熱・電流駆動特性を計算で評価し、アンテナの準光学的な設計について確認した。

論文

JT-60Uにおける遠隔実験

諫山 明彦

プラズマ・核融合学会誌, 89(7), p.464 - 467, 2013/07

本論文は、プラズマ・核融合学会誌の小特集「ITERに向けた遠隔実験の現状」の1節として、JT-60Uにおいて行われた遠隔実験について述べている。JT-60Uではセキュリティが確保された条件のもとでリモートサイトで実験条件を作成するシステムを開発した。リモートサイトから実験データ解析サーバにアクセスするツールと併用することにより、放電条件の作成、プラズマ放電後の実験データの解析、データ解析の結果に基づく次の放電条件の決定が可能となった。このシステムを用い、京都大学及びドイツ・マックスプランクプラズマ物理研究所と遠隔実験を実施した。実験データの解析結果に基づき、中性粒子ビームパワーや電子サイクロトロン波パワーを変更することにより、研究対象の不安定性の挙動に関するデータが取得でき、所期の目的を達成することができた。

論文

ELM triggering by energetic particle driven mode in wall-stabilized high-$$beta$$ plasmas

松永 剛; 相羽 信行; 篠原 孝司; 朝倉 伸幸; 諫山 明彦; 大山 直幸; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 53(7), p.073046_1 - 073046_9, 2013/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.48(Physics, Fluids & Plasmas)

In the JT-60U high-$$beta$$ plasmas above the no-wall $$beta$$ limit, a triggering of an edge localized mode (ELM) by an energetic particle (EP) driven mode has been observed. This EP-driven mode is thought to be driven by trapped EPs and it has been named EP driven wall mode (EWM) on JT-60U. When the EWM appears in an ELMy H-mode phase, ELM crashes are reproducibly synchronized with the EWM bursts. The EP-driven mode has a higher repetition frequency and less energy loss than those of the natural ELM. In order to trigger an ELM by the EP-driven mode, some conditions are thought to be needed, thus an EWM with large amplitude and growth rate, and marginal edge stability. In the scrape off layer region, several measurements indicate an ion loss induced by the Emote ion loss considered as the EP loss through the edge region can increase a local pressure gradient at the pedestal region, and then affect the edge stability.

論文

Turbulence analyses of improved electron energy confinement in H-mode plasmas with gyrokinetic calculations

成田 絵美; 本多 充; 林 伸彦; 滝塚 知典*; 井手 俊介; 伊丹 潔; 諫山 明彦; 福田 武司*

Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1403082_1 - 1403082_8, 2013/06

In burning plasmas, the electron temperature $$T_mathrm{e}$$ is expected to exceed the ion temperature $$T_mathrm{i}$$ because of the alpha heating. The transport simulations showed that an increase in $$T_mathrm{e}/T_mathrm{i}$$ degrades the confinement. However in the International Global H-mode Confinement Database, there are data that have the $$H_mathrm{H}$$ factor exceeding unity in the $$T_mathrm{e}>T_mathrm{i}$$ region. This high $$H_mathrm{H}$$ can be attributed mainly to the improved electron confinement. The conditions required for the improvement have been investigated with the local flux-tube gyrokinetic code GS2. When the ion temperature gradient length is shorter than the electron one, ion temperature gradient (ITG) mode is dominant, whereas trapped electron mode (TEM) is stabilized. Under this situation, the electron heat diffusivity is suppressed. In addition, an increase in the magnetic shear also decreases the electron heat transport in the positive shear range.

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,40

諫山 明彦; 朝倉 伸幸; 林 伸彦; 篠原 孝司; 本多 充; 大山 直幸

プラズマ・核融合学会誌, 89(6), p.430 - 433, 2013/06

国際トカマク物理活動(ITPA)において、「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」、「統合運転シナリオ」、「MHD安定性」、「高エネルギー粒子」、「輸送と閉じ込め物理」、「ペデスタル物理」に関するトピカルグループの会合が2013年3-4月に開催された。本稿はこれらの会合の報告である。今回の会合では、各トピカルグループにおける国際共同実験、ワーキンググループ活動、研究開発に関する報告のほか、ITERの運転初期からタングステン・ダイバータを導入したときの影響及び留意しておくべき点などについて議論が行われた。

論文

Dual frequency ECRF system development for JT-60SA

小林 貴之; 諫山 明彦; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; et al.

Fusion Science and Technology, 63(1T), p.160 - 163, 2013/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:39.84(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAに向けて、110GHzの電子サイクロトロン波加熱装置(ECRF装置)に、135$$sim$$140GHz帯の第2周波数を加えた2周波数化開発を進めている。特に、2周波数ECRF装置の重要機器である2周波数ジャイロトロンの開発を行った。JT-60SA用の第2周波数は上記周波数帯の中で、ジャイロトロン設計の観点から138GHzとした。110GHzと138GHzの2周波数で、1MW以上の長時間出力が可能なジャイロトロンを実現するため、ジャイロトロンの主要部位であるダイヤモンド窓,空胴共振器,準光学モード変換器の設計を行った。離散的な特性を持つ各機器のパラメータ群の中から最適な条件を見つけ、その条件で設計を行った結果、両方の周波数について、1MW以上の長時間出力が可能な設計結果が得られた。上記設計に基づき、新規ジャイロトロンを製作し、初期的な試験を行った結果、ほぼ期待通りの出力が得られ、設計に大きな問題がないことを確認した。

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