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論文

Empirical scaling of sawtooth period for onset of neoclassical tearing modes

Chapman, I. T.*; Buttery, R. J.*; Coda, S.*; Gerhardt, S.*; Graves, J. P.*; Howell, D. F.*; 諫山 明彦; La Haye, R. J.*; Liu, Y.*; Maget, P.*; et al.

Nuclear Fusion, 50(10), p.102001_1 - 102001_7, 2010/10

 被引用回数:44 パーセンタイル:86.65(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文では、ASDEX-U, DIII-D, HL-2A, JET, JT-60U, MAST, NSTX, TCV, Tore Supraにおいて鋸歯状振動と新古典テアリングモード(NTM)の発生について調べた結果について記述している。データベース解析の結果、鋸歯状振動がNTMを誘起したときのベータ値は鋸歯状振動の周期とともに低下することがわかった。また、装置間で鋸歯状振動を比較する場合、鋸歯状振動周期を抵抗性拡散時間で規格化し、プラズマ圧力として規格化ベータ値($$beta_N$$)を用いることがよいことがわかった。今回の結果をITERに外挿した場合、鋸歯状振動周期が10秒の場合は$$beta_Nsim 4$$でNTMが誘起されると予想されるのに対し、鋸歯状振動周期が100秒の場合は$$beta_Nsim 2$$でNTMが誘起されると予想されることがわかった。

論文

ASDEX Upgrade - JT-60U comparison and ECRH power requirements for NTM stabilisation in ITER

Urso, L.*; Zohm, H.*; 諫山 明彦; Maraschek, M.*; Poli, E.*; ASDEX Upgradeチーム; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 50(2), p.025010_1 - 025010_12, 2010/01

 被引用回数:27 パーセンタイル:74.85(Physics, Fluids & Plasmas)

新古典テアリングモード(NTM)はプラズマ中の自発電流により駆動される不安定性であり、NTMに起因する磁気島幅は修正Rutherford式(MRE)により記述される。本論文では、JT-60U及びASDEX-Uの実験データと比較することにより、MREにおける2つの未定係数の値を同定した。解析の際は、磁気島幅の指標となる磁場揺動信号強度の時間発展をモデル計算の結果と比較し、最適な未定係数の組合せを決定した。その結果、装置サイズやプラズマパラメータが大きく異なる両装置において、未定係数の値はともに1程度であることがわかった。また、ITERにおいて電子サイクロトロン電流駆動によりNTMを安定化するために必要な電子サイクロトロン波のパワーを今回の結果を用いて評価した。その結果、今回用いたモデルでは10MW程度のパワーでNTMが安定化できることがわかった。

論文

Neoclassical tearing mode control using electron cyclotron current drive and magnetic island evolution in JT-60U

諫山 明彦; 松永 剛; 小林 貴之; 森山 伸一; 大山 直幸; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; 浦野 創; 林 伸彦; 鎌田 裕; et al.

Nuclear Fusion, 49(5), p.055006_1 - 055006_9, 2009/05

 被引用回数:57 パーセンタイル:90.61(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文では、JT-60Uにおける電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を用いた新古典テアリングモード(NTM)の安定化に関して述べている。$$m/n=2/1$$のNTMを完全に安定化するために必要な最小の電子サイクロトロン(EC)波パワーを実験的に調べた結果、JT-60Uの実験条件では、NTM発生位置におけるEC駆動電流密度と自発電流密度との比が約0.4-0.5であることがわかった。また、$$m/n=2/1$$のNTMの回転に同期してECCDを変調した結果、変調しない場合に比べ2倍以上安定化効果が大きいことがわかった。また、磁気島のX点に入射した場合はNTMが不安定化されることが実験的に初めて観測された。さらに、変調の位相と安定化効果に関するモデル計算の結果と比較した結果、実験結果とおおむね一致することがわかった。

論文

Prospects for stabilization of neoclassical tearing modes by electron cyclotron current drive in ITER

La Haye, R. J.*; 諫山 明彦; Maraschek, M.*

Nuclear Fusion, 49(4), p.045005_1 - 045005_8, 2009/04

 被引用回数:43 パーセンタイル:85.8(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文では、電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)による新古典テアリングモード(ECCD)の安定化に関するASDEX-U, DIII-D, JT-60Uの実験結果を概括するともに、それらを用いてITERのNTM安定化において必要となる条件を検討した結果を述べている。ITERにおけるプラズマ及び電子サイクロトロン(EC)波ランチャーのパラメータを用いてNTM安定化のシミュレーションを行った結果、EC波パワーを変調しない場合、ECCD位置の許容誤差としては、1.7cm程度であることがわかった。さらに、モードロックのモデル計算を行った結果、ITERでは$$m/n=2/1$$のNTMがロックするまでには数秒しかかからないことがわかった。モードロックを回避するためには、EC波ランチャーのミラー駆動速度が1cm/sの場合、1cm程度以下の空間分解能でNTM位置を同定することが必要であることもわかった。

論文

Evaluating electron cyclotron current drive stabilization of neoclassical tearing modes in ITER; Implications of experiments in ASDEX upgrade, DIII-D, JET, and JT-60U

La Haye, R. J.*; Prater, R.*; Buttery, R. J.*; 林 伸彦; 諌山 明彦; Maraschek, M. E.*; Urso, L.*; Zohm, H.*

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

新古典テアリングモード(NTM)は理想MHD限界より低いベータ領域で発生してプラズマの性能を制限する。本論文では、ASDEX-Upgrade, DIII-D, JET, JT-60UにおけるNTM実験の結果を反映したNTM安定化のモデルを構築し、ITERにおける電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)によるNTM安定化の予測計算を行った結果を記述している。NTMに起因する磁気島幅は、ある値まで小さくなったときに自発的に消滅するという性質がある。ASDEX-Upgrade, DIII-D, JETにおいてベータ値を徐々に下げて磁気島幅を小さくした実験、及び、ASDEX-Upgrage, DIII-D, JT-60UにおけるECCDによるNTM安定化実験の結果から、この幅はイオンバナナ幅の2倍に比例することが実験的に明らかになった。この結果を反映し、ITERの前側ミラー駆動方式、及び後側ミラー駆動方式のECCDシステムを用いたNTM安定化のシミュレーションを行った。その結果、前側ミラー駆動方式ではECCD幅が狭くできるために、安定化に必要なパワーが小さくできる反面、その場合はECCD位置のずれの許容範囲は小さくなることが明らかになった。

論文

Cross-machine benchmarking for ITER of neoclassical tearing mode stabilization by electron cyclotron current drive

La Haye, R. J.*; Prater, R.*; Buttery, R. J.*; 林 伸彦; 諫山 明彦; Maraschek, M. E.*; Urso, L.*; Zohm, H.*

Nuclear Fusion, 46(4), p.451 - 461, 2006/04

 被引用回数:140 パーセンタイル:97.92(Physics, Fluids & Plasmas)

新古典テアリングモード(NTM)は、ITER標準シナリオにおいては理想キンク限界よりも低いベータ領域で発生し、プラズマ性能を制限する主要な要因となる。ポロイダルモード数$$(m=3)$$,トロイダルモード数$$(n=2)$$のNTMは、(1)NTM成長率が最大となる特徴的な「限界」磁気島幅,(2)無変調のco方向の電子サイクロトロン電流駆動(co-ECCD)による「飽和した」3/2 NTM磁気島の安定化に関する実験研究が特に進んでいる。ASDEX-Upgrade, DIII-D, JETにおけるベータ・ランプダウン実験(ベータ値を徐々に下げる実験)から、$$m/n=3/2$$のNTMを(ECCDなしで)消滅させるための限界ベータ値が決定された。このデータと、ASDEX-Upgrade, DIII-D, JT-60UにおけるECCDによる3/2 NTM安定化実験(ベータ値はほぼ一定)との比較を行った。その結果、両方の実験データセットにおいて、NTMが消滅する磁気島幅はイオンバナナ幅の約2倍であることが明らかになった。解析にあたり、4装置ASDEX Upgrade, DIII-D, JET, JT-60Uにおける飽和磁気島幅を評価する共通の方法を開発した。また、この比較で得られたモデルを用いてITERにおけるECCDを用いた$$m/n=3/2$$, 2/1のNTMの安定化の評価を行った。その結果、ITERの上方ECCD入射方式は、磁気島幅を大幅に減少させるのに有効であることが明らかになった。また、ECCDは、ITERにおいてモードロックを回避するのにも有効であることがモデル計算により明らかになった。

論文

The Physics base for NTM stabilization by ECCD in ITER

Zohm, H.*; 林 伸彦; La Haye, R. J.*; 諌山 明彦; Maraschek, M. E.*; Sauter, O.*; Urso, L.*

Proceedings of 14th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating (EC-14), p.334 - 339, 2006/00

ITERにおいては電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)により新古典テアリングモード(NTM)を安定化することを想定しているが、その際の重要課題の1つとして、NTMを完全に安定化するために必要な電流量を高い確度で予測するということがある。本論文は、NTM安定化に必要とされる$$j_{ECCD}/j_{BS}$$に関する予測計算の結果について記述している。ここに$$j_{ECCD}$$, $$j_{BS}$$は、それぞれNTM発生位置における電子サイクロトロン駆動電流密度、及び自発電流密度である。ASDEX-U, DIII-D, JET, JT-60Uの実験データを用いた装置間比較研究により,完全安定化の条件として$$j_{ECCD}/j_{BS}$$$$sim$$1という結果が得られた。また、電子サイクロトロン波を変調した場合における安定化効果に関するシミュレーションも行った。その結果、磁気島幅がECCD幅よりも2倍程度以上のときは変調しない場合の方が安定化効果が30%程度大きいが、磁気島幅がECCD幅程度以下になると変調した方が安定化効果が2倍以上になることが明らかになった。

論文

Small ELM regimes with good confinement on JET and comparison to those on ASDEX Upgrade, Alcator C-mod and JT-60U

Stober, J.*; Lomas, P. J.*; Saibene, G.*; Andrew, Y.*; Belo, P.*; Conway, G. D.*; Herrmann, A.*; Horton, L. D.*; Kempenaars, M.*; Koslowski, H.-R.*; et al.

Nuclear Fusion, 45(11), p.1213 - 1223, 2005/11

 被引用回数:31 パーセンタイル:71.09(Physics, Fluids & Plasmas)

JET装置では、閉じ込めがよく、かつELMの小さな運転領域を開発している。ASDEX Upgrade装置におけるtype II ELM、Alcator C-mod装置におけるEDA H-modeそしてJT-60U装置におけるgrassy ELMを再現する実験をJET装置で行った。その結果、安全係数の高い領域でポロイダルベータ値を高くするという、JT-60U装置で開発されたgrassy ELMの運転シナリオを用いたときに、振幅の小さなELMを得ることに成功した。プラズマ電流の高い領域での試験はされていないが、この運転シナリオはITERに適用できる可能性を持っている。

論文

MHD limits to tokamak operation and their control

Zohm, H.*; Gantenbein, G.*; 諫山 明彦; Keller, A.*; La Haye, R. J.*; Maraschek, M.*; M$"u$ck, A.*; 長崎 百伸*; Pinches, S. D.*; Strait, E. J.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(12A), p.A163 - A173, 2003/12

 被引用回数:24 パーセンタイル:60.93(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文は、トカマクの運転における電磁流体力学的な制約を、電流・密度・圧力の観点からまとめたレビューである。トカマクでは、電流や密度の限界に達すると通常ディスラプションにより放電が終了するが、各々の限界から離れた領域で運転することによりこれらの限界を回避できると考えられている。高密度化による閉じ込め性能の劣化や高電流化(すなわち低安全係数化)によるディスラプション頻度の増大を考慮すると、このような限界近傍での運転はあまり好ましくなく、上の方針は妥当なものであると考えられる。一方、新古典テアリングモード(NTM)や抵抗性壁モード(RWM)による限界は低く、これらの制約を受けると将来の核融合炉が経済的に運転できなくなる可能性がある。したがって、これら2つの不安定性を能動的に制御する研究が現在行われている。電子サイクロトロン電流駆動によるNTM安定化に関してはめざましい進歩があった。鋸歯状振動制御やプラズマ回転によるNTMやRWMの回避に関しても有望な成果が得られた。また、外部コイルによるRWM安定化実験に関してもよい初期結果が得られた。

論文

Off-axis neutral beam current drive experiments on ASDEX Upgrade and JT-60U

Hobirk, J.*; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 福田 武司; G$"u$nter, S.*; Gruber, O.*; 諫山 明彦; 鎌田 裕; 菊池 満; Maraschek, M.*; et al.

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 27A, 4 Pages, 2003/00

ASDEXトカマクとJT-60トカマクにおいて、中性粒子ビームを用いた周辺電流駆動実験を行った。電流分布がほぼ定常になった状態で周辺部に接線中性粒子ビームを入射した。ASDEXトカマクの場合、計測された電流分布にほとんど変化はなかった。理論計算によると検出限界以上の電流分布の変化が起きるはずである。JT-60トカマクの場合は、わずかな電流分布の変化が検出されたが、電子密度が低いために理論計算モデルが適用できず、理論との比較はできなかった。一方、プラズマ表面の周回電圧の計測からは、期待される量のビーム駆動電流が流れていることが示唆された。以上の結果から、周辺部で発生した高速イオンが空間的な拡散によって、中心部へ移動し、駆動電流分布が予測通りにはなっていない可能性が考えられる。

口頭

Experiment and simulation of NTM stabilization in JT-60U

諫山 明彦; JT-60チーム; Urso, L.*; Zohm, H.*; Maraschek, M.*; Hobirk, J.*

no journal, , 

高圧力プラズマを定常的に維持するためには、新古典テアリングモード(NTM)を能動的に制御する手法を確立することが重要である。JT-60では、NTM発生位置に電子サイクロトロン(EC)電流駆動を行うことにより、ITERにおいて能動的制御が重要となることが予想されるトロイダルモード数$$m=2$$,ポロイダルモード数$$n=1$$のNTMの安定化に関して広範な運転条件で実験を行っている。本講演では、2007年度に得られたNTM安定化に関する実験及びシミュレーションの初期結果を報告する。主な概要は次のとおりである。(1)NTMを完全に安定化するために必要な最小ECパワー及びEC駆動電流の範囲を明らかにした,(2)磁気島幅に対してより狭い駆動電流分布を持った条件のもとでの安定化効果を明らかにした,(3)TOPICSコードを用いて実験との比較を行った,(4)一連の実験をドイツのマックスプランク・プラズマ物理研究所との遠隔実験のもとで行い十分な速度で実験条件の作成や転送が行えることを実証した。

口頭

Development and demonstration of remote experiment system with high security in JT-60U

小関 隆久; 鈴木 喜雄; 戸塚 俊之; 射場 克幸*; 坂田 信也; 宮戸 直亮; 諫山 明彦; 井手 俊介; Urso, L.*; Behler, K.*; et al.

no journal, , 

Remote experiment system with high network security has been developed in JT-60U. The remote experiment system is produced by personal authentication with a digital certificate and encryption of communication data to protect the JT-60U supervisory control system against illegal access. Remote experiment in JT-60U has been successfully demonstrated from Kyoto University (Japan) in 2006 and internationally from IPP Garching (Germany) in 2007. The validity of the system was obtained. Results are great advances towards remote experiments in ITER.

口頭

JT-60Uにおける電子サイクロトロン電流駆動による新古典テアリングモード安定化

諫山 明彦; 松永 剛; 小林 貴之; 森山 伸一; 大山 直幸; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; 浦野 創; 林 伸彦; 鎌田 裕; et al.

no journal, , 

ITERの標準運転やハイブリッド・シナリオ運転のように、正磁気シアでかつ$$q$$=1.5や2のような低$$m/n$$有理面で圧力勾配が高くなる可能性のあるプラズマにおいては新古典テアリングモード(NTM)が発生する可能性がある($$m$$はポロイダルモード数, $$n$$はトロイダルモード数)。NTMを能動的に安定化する手法としては、NTMに起因する磁気島に局所的に電子サイクロトロン(EC)波を入射して電流駆動(ECCD)を行いNTMにより失われた電流を補うことが最も効果的であると考えられ、ITERにおいてもこのシナリオが想定されている。JT-60Uでは、$$m/n=2/1$$のNTMを完全に安定化するために必要な最小EC駆動電流に関し、ECCD分布幅の異なる2領域において、自発電流密度とEC駆動電流密度との比が0.4程度であることを示した。また、入射EC波を約5kHzで変調して磁気島のO点のみにECCDを行った結果、無変調時に比べ磁気島の減衰速度・減衰量が2倍程度以上大きいことが明らかになった。

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