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論文

Turbulent transport reduction induced by transition on radial electric field shear and curvature through amplitude and cross-phase in torus plasma

小林 達哉*; 伊藤 公孝*; 井戸 毅*; 神谷 健作*; 伊藤 早苗*; 三浦 幸俊; 永島 芳彦*; 藤澤 彰英*; 稲垣 滋*; 居田 克巳*

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.14971_1 - 14971_8, 2017/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:27.2(Multidisciplinary Sciences)

Spatiotemporal evolutions of radial electric field and turbulence are measured simultaneously in the H-mode transition, which is a prototypical example of turbulence structure formation in high-temperature plasmas. In the dynamical phase where transport barrier is established abruptly, the time-space-frequency-resolved turbulent particle flux is obtained. Here we report the validation of the mechanism of transport barrier formation quantitatively. It is found that the particle flux is suppressed predominantly by reducing density fluctuation amplitude and cross phase between density fluctuation and potential fluctuation. Both radial electric field shear and curvature are responsible for the amplitude suppression as was predicted by theory. Turbulence amplitude reduction immediately responds to the growth of the radial electric field non-uniformity and saturates, while cross phase continuously approaches zero.

論文

Experimental identification of electric field excitation mechanisms in a structural transition of tokamak plasmas

小林 達哉*; 伊藤 公孝*; 井戸 毅*; 神谷 健作; 伊藤 早苗*; 三浦 幸俊; 永島 芳彦*; 藤澤 彰英*; 稲垣 滋*; 居田 克巳*; et al.

Scientific Reports (Internet), 6, p.30720_1 - 30720_7, 2016/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:29.51(Multidisciplinary Sciences)

本レターでは2段階でのL-H遷移時に発生する径電場に関して物理モデルの検証を報告する。ポワソン方程式の時間微分項を評価したところ、ロスコーン損失と新古典粘性による径電流が1段目の遷移時に観測されるものと一致した。2段目の遷移時とLモードにおける径電流は、非両極性条件では説明できないことがわかった。

論文

無限、複雑性科学とスーパーコンピューター

三浦 幸俊

RIST News, (61), p.1 - 2, 2016/07

最近のスーパーコンピューターの処理能力は、1秒間に1PFlops=1,000,000,000,000の処理をする。数字的には無限に近い演算を行なっている。そこで、無限大の数に関する数学的な考え方を解説し、また、分子等が多数(無限と思える数)の集団として、衝突、摩擦などを行なう振る舞いは、「複雑系」と呼ばれる振る舞いを示す。この複雑な自己組織化する振る舞いもスーパーコンピューターが限りなくその能力を発揮し、我々に未知なることの姿を教えてくれるだろうと考えている(巻頭言)。

論文

Dynamics of edge limit cycle oscillation in the JFT-2M tokamak

小林 達哉*; 伊藤 公孝*; 井戸 毅*; 神谷 健作; 伊藤 早苗*; 三浦 幸俊; 永島 芳彦*; 藤澤 彰英*; 稲垣 滋*; 居田 克巳*; et al.

Nuclear Fusion, 54(7), p.073017_1 - 073017_14, 2014/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:19.2(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2MトカマクのLH遷移直前において、種々のパラメータにリミットサイクル振動が観測された。リミットサイクル振動の時間的、空間的ダイナミクスを詳細に解析したところ、帯状流は観測されず、プラズマ周辺部に局在化したポロイダルフローと密度勾配の振動が存在することが明らかとなった。その振動は乱流の原因と考えられるレイノルズストレスにも観測されているが、平均的なプラズマフローの駆動力としては小さい。密度勾配の内向きの伝搬と小さい乱流粒子束も観測されており、乱流拡散理論と比較した実験的検証結果を報告する。

論文

Spatiotemporal structures of edge limit-cycle oscillation before L-to-H transition in the JFT-2M tokamak

小林 達哉*; 伊藤 公孝*; 井戸 毅*; 神谷 健作; 伊藤 早苗*; 三浦 幸俊; 永島 芳彦*; 藤澤 彰英*; 稲垣 滋*; 居田 克巳*; et al.

Physical Review Letters, 111(3), p.035002_1 - 035002_5, 2013/07

 被引用回数:65 パーセンタイル:4.57(Physics, Multidisciplinary)

本研究では、JFT-2Mトカマク装置における重イオンビームプローブ計測によるプラズマ空間電位と乱流揺動の高速、高空間分解能での同時計測に基づく実験研究である。LH遷移前に観測されるリミットサイクル振動における乱流揺動の時空間ダイナミックスについて報告する。帯状流はリミットサイクル振動発生時には観測されず、周辺部の平均的なプラズマ流が輸送障壁の過渡的な形成と崩壊とともに観測された。レイノルズストレス振動は極めて小さく、リミットサイクル振動に伴うプラズマ流の駆動機構には寄与していない。密度勾配と乱流揺動の強度がプラズマコア部へ弾道的に伝搬することが観測され、Hモード遷移後のプラズマコア部における速い輸送の変化と関係していることが示唆された。

論文

日本原子力研究開発機構における研究開発の現状

田島 保英; 三浦 幸俊; 家田 芳明

電気評論, 98(2), p.45 - 60, 2013/02

日本原子力研究開発機構(原子力機構)は、発足から8年目を迎え、第2期中期目標期間の半ばを迎えたところである。原子力機構はこれまで、核燃料サイクル技術の確立をはじめとする原子力エネルギー研究開発に加え、原子力による新しい科学技術や産業の創出を目指して基礎研究から応用研究に至るまで幅広い研究開発を行い、我が国唯一の原子力に関する総合的な研究開発機関としての役割を果たすための研究開発を推進してきた。本稿では、原子力機構における平成24年度の研究開発の主な成果を中心に、現状と動向を紹介する。

論文

日本原子力研究開発機構における研究開発の現状

田島 保英; 三浦 幸俊; 梅木 博之

電気評論, 97(2), p.66 - 85, 2012/02

日本原子力研究開発機構(原子力機構)は、発足から7年目を迎え、第2期中期目標期間の半ばに差しかかろうとしている。原子力機構はこれまで、核燃料サイクル技術の確立をはじめとする原子力エネルギー研究開発に加え、原子力による新しい科学技術や産業の創出を目指して基礎研究から応用研究に至るまで幅広い研究開発を行い、我が国唯一の原子力に関する総合的な研究開発機関としての役割を果たすための研究開発を推進してきた。本稿では、原子力機構における平成23年度の研究開発の主な成果を中心に、現状と動向を紹介する。

論文

Response of fusion gain to density in burning plasma simulation on JT-60U

竹永 秀信; 久保 博孝; 末岡 通治; 川俣 陽一; 吉田 麻衣子; 小林 進二*; 坂本 宜照; 飯尾 俊二*; 下村 浩司*; 市毛 尚志; et al.

Nuclear Fusion, 48(3), p.035011_1 - 035011_6, 2008/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.51(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uでは、DT核融合反応率の温度依存性を考慮した燃焼模擬実験手法を開発してきた。ここでは、密度とイオン温度の実時間計測値を用いてアルファ加熱模擬用の加熱パワーを計算している。核融合炉での燃料密度制御による燃焼制御性を解明するために、模擬外部加熱パワー一定のもとでの模擬核融合増倍率の密度に対する応答を調べた。イオン温度10$$sim$$20keVでの温度依存性に相当するイオン温度の2乗に比例する核融合反応率を仮定した場合には、密度の2乗より強い模擬核融合増倍率の密度依存性を観測した。1.5次元輸送コードの解析により、この強い密度依存性は閉じ込め特性の変化と圧力分布の変化により引き起こされていることを明らかにした。一方、イオン温度40$$sim$$100keVでの温度依存性に相当するイオン温度に依存しない核融合反応率を仮定した場合には、閉じ込め特性の変化や圧力分布の変化によらず模擬核融合増倍率は密度の2乗に比例した。

論文

Density limit in discharges with high internal inductance on JT-60U

山田 弘司*; 竹永 秀信; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 滝塚 知典; 鎌田 裕; 朝倉 伸幸; 津田 孝; 武智 学; 松永 剛; et al.

Nuclear Fusion, 47(11), p.1418 - 1424, 2007/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:95.29(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ電流のランプダウンにより、周辺部の磁気シアの指標である内部インダクタンス(${it l$_{rm i}$}$を2.8まで高めたJT-60UのLモードプラズマにおいて、グリーンワルド限界を1.7倍超える高密度を実現した。同プラズマでは、グリーンワルド限界を超える高い密度でもLモード閉じ込め比例則より1.5倍高い閉じ込め性能を維持しており、周辺温度も高く維持されている。これまでの研究で、高${it l$_{rm i}$}$放電は高い閉じ込め性能が得られることが示されていたが、本研究ではそれに加えて高い周辺温度と関連して密度限界に対しても高${it l$_{rm i}$}$放電は裕度が大きいことを明らかにした。ダイバータ領域のD$$alpha$$発光強度の急激な減少で特徴づけられる非接触現象が起こる密度も高${it l$_{rm i}$}$放電では高い。以上の結果から、高${it l$_{rm i}$}$放電では周辺部の熱及び粒子輸送が改善し、密度限界が緩和したことを示唆した。このような高${it l$_{rm i}$}$放電は通常のトカマク運転領域からは外れているものの、周辺部の磁気シアが密度限界の物理機構を明らかにするための重要な鍵になっていることを示している。

論文

Design optimization for plasma performance and assessment of operation regimes in JT-60SA

藤田 隆明; 玉井 広史; 松川 誠; 栗田 源一; Bialek, J.*; 相羽 信行; 土屋 勝彦; 櫻井 真治; 鈴木 優; 濱松 清隆; et al.

Nuclear Fusion, 47(11), p.1512 - 1523, 2007/11

 被引用回数:20 パーセンタイル:33.8(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ制御の観点から、JT-60U改修装置,JT-60SAの設計を最適化し、運転領域を評価した。弱磁気シアあるいは負磁気シアを得るために、負イオン源NBIのビームラインを下方に移動し中心をはずれた電流駆動を可能とした。安定化板の開口部に沿って設置された帰還制御コイルにより、抵抗性壁モードを抑制し、理想導体壁の安定性限界に近い高いベータ値が維持できることが示された。供給磁束量から誘導電流駆動によるプラズマ電流維持時間を評価した。高パワー加熱の高ベータプラズマ($$beta$$$$_{rm N}$$$$sim$$2.9)では、非誘導電流駆動割合は50%近くに達し、高密度領域でも100秒間維持が可能である。加熱・電流駆動パワーの増強により完全非誘導電流駆動の領域も拡大された。高非円形度,高三角度の低アスペクト比配位において、核融合炉心相当の高い規格化ベータ値($$beta$$$$_{rm N}$$$$sim$$4.4)と自発電流割合($$f$$$$_{rm BS}$$$$sim$$0.7)での100秒間の完全非誘導電流駆動運転が期待される。

論文

Prospective performances in JT-60SA towards the ITER and DEMO relevant plasmas

玉井 広史; 藤田 隆明; 菊池 満; 木津 要; 栗田 源一; 正木 圭; 松川 誠; 三浦 幸俊; 櫻井 真治; 助川 篤彦; et al.

Fusion Engineering and Design, 82(5-14), p.541 - 547, 2007/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:37.95(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAはITERサテライトトカマクとして位置づけられ、ITER支援研究とITER補完研究の二つの使命を併せ持ち、日本とEUとが共同で設計・建設・実験を実施する装置である。昨年度実施された基本的な装置仕様にかかわる検討を経て、ITERへの貢献を高める観点から加熱入力が41MW,100秒間に増強された。この加熱入力で実現可能なプラズマ性能を検討するために、プラズマ解析コードを用いて予測評価を行った。その結果、完全非誘導電流駆動の運転シナリオが高密度領域において拡張されるとともに、高い等価エネルギー増倍率と高い規格化ベータ値の同時達成の裕度が拡張されるなど、ITER及び原型炉を指向した研究を展開するにふさわしい装置性能を有することが示された。

論文

Burn control simulation experiments in JT-60U

下村 浩司*; 竹永 秀信; 筒井 広明*; 三又 秀行*; 飯尾 俊二*; 三浦 幸俊; 谷 啓二; 久保 博孝; 坂本 宜照; 平塚 一; et al.

Fusion Engineering and Design, 82(5-14), p.953 - 960, 2007/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.08(Nuclear Science & Technology)

燃焼プラズマの制御性を明らかにするために、JT-60Uにおいて自己加熱模擬用と外部加熱模擬用の2つのNBグループを用いた燃焼制御模擬実験を行った。自己加熱模擬用では、中性子発生率に比例して加熱パワーを入射した。外部加熱模擬用では、蓄積エネルギー帰還制御を適用した。ELMy Hモード及び負磁気シアプラズマとも、自己加熱模擬用NBパワーが増加した場合には、外部加熱模擬用NBパワーが減少することにより蓄積エネルギーは一定に維持された。しかしながら、負磁気シアプラズマでは、ELMy Hモードプラズマと比べて外部加熱模擬用NBパワーの変動は大きく、制御裕度を大きくとる必要がある。両プラズマでの違いの原因を明らかにするために、非定常輸送解析コードTOPICSに燃焼制御模擬ロジックを組み込んだ。実験データから評価された実効的な粒子拡散係数と熱拡散係数を用いて計算を行った結果、負磁気シアプラズマで外部加熱模擬用NBパワーの振動が大きくなることは再現できなかった。また、熱拡散係数が温度依存性を持つと仮定した場合でも、外部加熱模擬用NBパワーの振動が大きくなることは観測されなかった。拡散係数の違い及びその温度依存性では両プラズマでの実験結果の違いを説明できないと考えられる。

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*; 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

In search of zonal flows by using direct density fluctuation measurements

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 矢木 雅敏*; 星野 克道; 篠原 孝司; 江尻 晶*; 高瀬 雄一*; 井戸 毅*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 49(10), p.1611 - 1625, 2007/10

 被引用回数:39 パーセンタイル:14.82(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクプラズマ中に存在するドリフト波乱流が帯状流により変調されるとドリフト波の包絡線の振動数は帯状流の振動数付近でスペクトルピークを持つことがわかった。これを利用した帯状流の探索についてJFT-2Mにおける静電プローブの実験データに基づき検討した。その結果将来の燃焼プラズマにもマイクロ波反射計などを用いればプラズマ内部の帯状流探索ができる可能性があることを示した。

論文

Ferritic insertion for reduction of toroidal magnetic field ripple on JT-60U

篠原 孝司; 櫻井 真治; 石川 正男; 都筑 和泰*; 鈴木 優; 正木 圭; 内藤 磨; 栗原 研一; 鈴木 隆博; 小出 芳彦; et al.

Nuclear Fusion, 47(8), p.997 - 1004, 2007/08

 被引用回数:32 パーセンタイル:19.73(Physics, Fluids & Plasmas)

トロイダル磁場リップルの低減のために、JT-60ではフェライト鋼を導入した。導入にあたり、完全3次元磁場粒子追跡モンテカルロコード(F3D OFMC)を利用し、運転領域を広く確保しつつ、高速イオンの閉じ込めの改善が十分に得られる、経済的な導入案を引き出すことができた。フェライト鋼はトロイダル磁場だけでなく、プラズマの平衡にかかわるポロイダル磁場も生成する。フェライト鋼とプラズマの距離は数cm程度離れているため、フェライト鋼がプラズマ自身に与える影響は小さいが、磁気センサの幾つかはフェライト鋼と1cm程度の距離しかなく、精度よくプラズマを制御したり、平衡の再構築をしたりするためには、フェライト鋼の磁気センサへの影響を考慮する必要がある。JT-60では実時間制御と平衡解析のコードにフェライト鋼の磁気センサとプラズマへの影響を考慮した拡張を行い、制御と再構築に初めて成功した。また、フェライト鋼の導入により期待された高速イオンの閉じ込めの改善をF3D OFMCを用いた数値計算との比較により明らかにした。本論文において、以上の詳細を記述する。

論文

Conceptual design of magnet system for JT-60 super advanced (JT-60SA)

木津 要; 土屋 勝彦; 安藤 俊就*; Sborchia, C.*; 正木 圭; 櫻井 真治; 助川 篤彦; 玉井 広史; 藤田 隆明; 松川 誠; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 17(2), p.1348 - 1352, 2007/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:66.34(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構では、臨界プラズマ試験装置(JT-60)を超伝導コイルを用いたJT-60SAに改修する計画を、ITERのブローダーアプローチの一つとして欧州とともに進めている。JT-60SAのコイルシステムは、18個のトロイダル磁場コイル(TFC),4つのモジュールからなる中心ソレノイド(CS),7つの平衡磁場コイルにより構成される。TFCは6.4Tの最大経験磁場を持ち、蓄積エネルギーは1.5GJである。その高さと幅は、8.8mと4.7mである。超伝導導体(外寸29.1mm角)は、以前は、最大経験磁場が7.4Tであったため、Nb$$_{3}$$Al導体を用いる計画であったが、6.4Tへと設計変更されたことから、NbTi導体を用いた設計を新たに行った。また、CSのための空間がTFC設計変更により狭くなったこと、及びブローダーアプローチのワーキンググループの議論によりITERプラズマ模擬のため、より大きな供給磁束の達成が必要になったことからCSの設計変更も行った。CS導体を従来の7.4T導体から10T導体とすることで、ボアが小さくなったにもかかわらず、供給磁束量を3Wb増加することに成功した。

論文

Recent progress on the development and analysis of the ITPA global H-mode confinement database

McDonald, D. C.*; Cordey, J. G.*; Thomsen, K.*; Kardaun, O. J. W. F.*; Snipes, J. A.*; Greenwald, M.*; Sugiyama, L.*; Ryter, F.*; Kus, A.*; Stober, J.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(3), p.147 - 174, 2007/03

 被引用回数:35 パーセンタイル:77.78(Physics, Fluids & Plasmas)

国際トカマク物理活動(ITPA)全体的Hモード閉じ込めデーターベースの第3版(DB3)に関し1994年から2004年の期間に行われた更新と解析について、この論文は記述する。エネルギー閉じ込め時間とその制御パラメータの巨視的データを、異なったサイズと形状の次の18装置から集めた。ASDEX, ASDEX Upgrade, C-Mod CoMPASS-D, DIII-D, JET, JFT-2M, JT-60U, MAST, NSTX, PBX-M, PDX, START, T-10, TCV, TdeV, TFTR及びUMAN-3M。このDB3データベースに基づき、幅広い物理研究が行われた。特に中心部と周辺部の振る舞いの分離,無次元解析、及びデータベースと1次元輸送コードとの比較に進展があった。データーベースは、ITERのような次期装置の閉じ込め特性の基盤を評価することを主要な目的としており、この論文でも解析結果を踏まえて次期装置を議論する。

論文

Ferritic insertion for reduction of toroidal magnetic field ripple on JT-60U

篠原 孝司; 櫻井 真治; 石川 正男; 都筑 和泰*; 鈴木 優; 正木 圭; 内藤 磨; 栗原 研一; 鈴木 隆博; 小出 芳彦; et al.

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

JT-60Uでは、実効的な加熱パワーの増加,壁安定化の利用,RFアンテナとプラズマの結合の改善等に有効と考えられるトロイダル磁場リップルの低減を目指して、フェライト鋼を導入した。導入にあたっては、完全3次元磁場粒子追跡モンテカルロコード(F3D OFMC)を利用し、運転領域を広く確保しつつ、高速イオンの閉じ込めの改善が十分に得られる、経済的な導入案を引き出すことができた。フェライト鋼はトロイダル磁場だけでなく、プラズマの平衡にかかわるポロイダル磁場も生成する。フェライト鋼とプラズマの距離は数cm程度離れているため、フェライト鋼がプラズマ自身に与える影響は小さいが、磁気センサの幾つかはフェライト鋼と1cm程度の距離しかなく、精度よくプラズマを制御したり、平衡の再構築をしたりするためには、フェライト鋼の磁気センサへの影響を考慮する必要がある。JT-60Uでは実時間制御と平衡解析のコードにフェライト鋼の磁気センサとプラズマへの影響を考慮した補正を導入し、制御と再構築に初めて成功した。また、フェライト鋼の導入により期待された高速イオンの閉じ込めの改善をF3D OFMCを用いた数値計算との比較により明らかにした。

論文

Density limit in discharges with high internal inductance on JT-60U

山田 弘司*; 竹永 秀信; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 滝塚 知典; 鎌田 裕; 朝倉 伸幸; 津田 孝; 武智 学; 松永 剛; et al.

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

トカマク装置での運転密度限界に関する物理機構を明らかにするために、運転密度限界に対する周辺部磁気シアの効果について調べた。JT-60Uにおいてプラズマ電流ランプダウンにより周辺部磁気シアを強めた場合、トカマクでの密度限界の指標であるグリーンワルド密度の1.5倍の密度(f$$_{GW}$$=1.5)で、かつ良好な閉じ込め特性(H$$_{89PL}$$=1.5)を維持したプラズマを過渡的に得た。このとき、周辺部磁気シアの指標である内部インダクタンス($$ell$$$$_{i}$$)は2.8に達している。このようなプラズマは通常の電流フラットトップでは実現できていない。$$ell$$$$_{i}$$ =1.22, f$$_{GW}$$=1.23でディスラプションした場合と、$$ell$$$$_{i}$$ =1.60, f$$_{GW}$$=1.41でディスラプションしなかった場合を比較した結果、後者は周辺密度が高いものの、周辺温度も高く、またモーショナルシュタルク効果を利用して測定した周辺部磁気シアが強いことがわかった。テアリングモードのMHD安定性解析では、周辺磁気シアの強さによる両者の違いは顕著に見られない。$$ell$$$$_{i}$$が大きい場合は、閉じ込め特性の改善により周辺温度が高くなることが、高い密度を得ることができた原因であると考えられる。

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。

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