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論文

Development of operation scenarios for plasma breakdown and current ramp-up phases in JT-60SA tokamak

浦野 創; 藤田 隆明*; 井手 俊介; 宮田 良明; 松永 剛; 松川 誠

Fusion Engineering and Design, 100, p.345 - 356, 2015/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:65.81(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAにおけるプラズマ着火及び電流立ち上げシナリオを開発した。真空容器や安定化板等の容器内導体構造物に発生する渦電流はプラズマ着火直後のプラズマ電流値($$sim600$$kA)程度にまで増加し、誤差磁場を強める働きをする。100%及び50%の初期励磁において着火条件を満足するシナリオを作成した。プラズマ位置制御のためには垂直磁場を生成する必要があるが、初期プラズマでは渦電流による逆方向の垂直磁場が大きいため、これを打ち消すための外側コイル電流の最適化を行った。プラズマ電流と鎖交磁束で決まるダイバータ配位への移行条件を検討し、初期励磁から着火、電流立ち上げ、ダイバータ移行をスムーズにつなぐ運転シナリオを作成した。

論文

Assessment of the accuracy of plasma shape reconstruction by the Cauchy condition surface method in JT-60SA

宮田 良明; 鈴木 隆博; 武智 学; 浦野 創; 井手 俊介

Review of Scientific Instruments, 86(7), p.073511_1 - 073511_13, 2015/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:18.54(Instruments & Instrumentation)

トカマク装置における安定したプラズマ平衡制御のためには正確にプラズマ境界を決定する必要がある。コーシー条件面(CCS)法はプラズマ外部に置かれた磁気計測器から、コーシー条件を持つ仮想面外部の磁束分布を計算し、プラズマ境界を再構築する数学的手法である。JT-60SAにおいて、プラズマ形状再構築誤差が最小となる最適なCCSの形状や未知数の数は、プラズマの大きさに比例することが分かり、この条件を用いることでプラズマ形状再構築精度が大幅に改善した。JT-60SAにおけるCCS法を用いたプラズマ形状再構築精度の評価を報告する。

論文

Advance in integrated modelling towards prediction and control of JT-60SA plasmas

林 伸彦; 本多 充; 白石 淳也; 宮田 良明; 若月 琢馬; 星野 一生; 藤間 光徳; 鈴木 隆博; 浦野 創; 清水 勝宏; et al.

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 39E, p.P5.145_1 - P5.145_4, 2015/06

Towards prediction and control of JT-60SA plasmas, we are developing codes/models which can describe physics/engineering factors, and integrating them to one code TOPICS. Physics modelling: Coupling with MINERVA/RWMaC code showed that MHD equilibrium variation by centrifugal force largely affects RWM stability and the toroidal rotation shear stabilizes RWM. Coupling with OFMC code for NB torques, 3D MHD equilibrium code VMEC and drift-kinetic code FORTEC-3D for NTV torque, and toroidal momentum boundary model, predicted the core rotation of $$sim$$2% of Alfv$'e$n speed for a ITER hydrogen L-mode plasma. Coupling with core impurity transport code IMPACT showed the accumulation of Ar seeded to reduce the divertor heat load is so mild that plasma performance can be recovered by additional heating in JT-60SA steady-state (SS) scenario. Simulations coupled with MARG2D code showed that plasma current can be ramped-up to reach $$beta_N ge$$3 with MHD modes stabilized by ideal wall and with no additional flux consumption of central solenoid in JT-60SA. Engineering modelling: Coupling with integrated real-time controller showed that simultaneous control of $$beta_N$$ and $$V_{loop}$$ is possible at $$beta_N ge$$4 in JT-60SA SS scenarios. MHD equilibrium control simulator MECS demonstrated equilibrium control during heating phase and collapse induced events within power supply capability of PF coils in JT-60SA.

論文

会議報告; 第18回若手科学者によるプラズマ研究会

福本 正勝; 宮田 良明; 東條 寛

プラズマ・核融合学会誌, 91(5), P. 371, 2015/05

2015年3月4日から6日にかけて、第18回「若手科学者によるプラズマ研究会」(日本原子力研究開発機構・核融合研究開発部門・先進プラズマ研究部主催)を那珂核融合研究所で開催した。本研究会の目的は、将来の核融合研究を担う若手科学者が分野横断的なネットワークを広げることである。今回の研究会では、異なる分野の計測・制御技術に接するため、「プラズマ計測・制御技術の結集」と題して、核融合プラズマに限らず幅広いプラズマの計測・制御技術の講演を呼びかけた。研究会では、8件の招待講演と17件の一般講演があり、活発な議論が行われた。

論文

コーシー条件面(CCS)法によるプラズマ位置形状再構築

栗原 研一; 板垣 正文*; 宮田 良明; 中村 一男*; 浦野 創

プラズマ・核融合学会誌, 91(1), p.10 - 47, 2015/01

磁場閉じ込め方式におけるプラズマ位置形状の実時間制御及び平衡状態の診断は、MHD不安定性等によるプラズマの急激な変化に素早く対応し、適切な位置及び形状を維持した安全な運転やダイバータ部におけるストライクポイントの適切な制御、さらには電子サイクロトロン加熱等の共鳴位置を正確に定めるために非常に重要な課題である。コーシー条件面(CCS)を用いた境界積分方程式の解析解に基礎を置く解法(=「コーシー条件面法」。以降、CCS法と略す。)は、コイル電流、磁気センサー信号から直接位置形状を高速かつ高精度で導出する画期的な制御手法として注目を集めている。特に近年ではトカマクだけでなく、ヘリカル、逆転磁場ピンチ、球状トカマクでの応用例が示され、磁場閉じ込め核融合分野において幅広く応用されている。そこでまず、プラズマ位置形状同定の重要性とそのための逆問題としてのCCS法について、理論的背景、従来の方法との違い、利点について具体例を示しながら概説する。次に、各閉じ込め方式におけるプラズマ位置形状同定の応用例を紹介し、最後に、CCS法に関連するプラズマ位置形状同定における今後の課題を述べる。

論文

Study of plasma equilibrium control for JT-60SA using MECS

宮田 良明; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 浦野 創

Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.2), p.3403045_1 - 3403045_5, 2014/05

精密なプラズマ位置制御は、安全かつ安定したプラズマ運転において重要な課題である。JT-60SAにおけるプラズマ平衡制御手法の研究のため、MHD平衡制御シミュレータ(MECS)の開発を進めている。今回、実機のプラズマ平衡制御を模擬するため、プラズマ断面形状再構成,コイル電源,ポロイダル磁場コイル,高速プラズマ位置制御コイルのモジュールをMECSに導入した。MECSを用いてコイル電源制限内でのプラズマ平衡制御の制御性を報告する。

論文

Validation of plasma shape reconstruction by Cauchy condition surface method in KSTAR

宮田 良明; Hahn, S. H.*; 鈴木 隆博; 井手 俊介; Chung, J.*; Bak, J. G.*; Ko, W. H.*

Physics of Plasmas, 21(3), p.032502_1 - 032502_11, 2014/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:35.23(Physics, Fluids & Plasmas)

コーシー条件面(CCS)法は電磁気計測器から実時間でプラズマ境界と関連する諸量を再構成することができる。非円形度が高く、真空容器や安定化板に流れる渦電流の影響が大きい条件下でのプラズマ形状再構成を検証するため、韓国国立核融合研究所の超伝導トカマク型装置KSTARに初めてCCS法を適用した。2012年度KSTAR実験において、CCS法によるプラズマ形状再構成を検証した結果、CCS法はプラズマ電流が小さくても正確にプラズマ形状を再構成できる事を明らかにした。KSTARプラズマへのCCS法の適用及びプラズマ形状再構成の検証結果を報告する。

論文

Study of JT-60SA operation scenario using a plasma equilibrium control simulator

宮田 良明; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 浦野 創; 藤田 隆明

Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2405109_1 - 2405109_6, 2013/08

精密なプラズマ位置制御は安全かつ安定したプラズマ運転において重要な課題である。JT-60SAにおけるプラズマ平衡制御手法の研究のため、プラズマ平衡制御シミュレータの開発を進めている。平衡制御シミュレータは平衡計算部と制御コントローラ部で構成される。今回、プラズマ電流制御のシミュレーションのため、磁束消費に無撞着なプラズマ電流を求められるようにした。平衡制御シミュレータを用いて開発したプラズマ電流立ち上げ時のJT-60SA運転シナリオ波形及びプラズマ平衡制御の制御性を報告した。

論文

Optimization of JT-60SA plasma operational scenario with capabilities of installed actuators

井手 俊介; 相羽 信行; Bolzonella, T.*; Challis, C. D.*; 藤田 隆明; Giruzzi, G.*; Joffrin, E.*; 濱松 清隆; 林 伸彦; 本多 充; et al.

Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/03

Assessment of capabilities in controlling key plasma parameters to access and sustain a high normalized pressure plasma in JT-60SA has been carried out using predictive simulations with emphasis on controllability with actuators, including not only heating and current drive but also fueling and pumping system. It is confirmed that the safety factor profile, which is believed to play an important role for confinement improvement, can be prepared appropriately at the plasma current ramp-up phase in a wide extent within capability of the installed ECRF system. At the flat-top of a high pressure and high bootstrap current plasma, it is also confirmed that the installed NB system can modify the safety factor profile and the confinement property within the planned capabilities. It is confirmed that impurity seeding in the SOL and the divertor region can maintain the heat flux within the divertor heat tolerance keeping the separatrix density level acceptable.

論文

Investigation of the JT-60SA operation scenarios combined with integrated real-time controls

鈴木 隆博; 林 伸彦; 浦野 創; 宮田 良明; 本多 充; 井手 俊介; JT-60SAチーム

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 37D, p.P2.136_1 - P2.136_4, 2013/00

現在建設中のトカマク装置JT-60SAは高圧力プラズマの定常運転の実証を目標としている。本研究ではJT-60SAの運転に先立ち、高圧力プラズマの定常運転に必要な実時間制御手法とそれにより実現される運転手法を数値シミュレーションにより検討した。このためにプラズマ輸送計算コードTOPICSを改良し、多変数実時間制御機能を実装した。これを用い、高圧力プラズマの維持を妨げる不安定性の発生を避けるための規格化圧力制御及び外部コイル電流が一定となる定常運転に必要な周回電圧ゼロ制御を同時に行った。規格化圧力が4-4.2の範囲で両者の制御が異なる密度領域(規格化密度88%及び52%)でも同時に達成可能であることを示し、制御のための外部加熱・電流駆動パワーのマージンは低密度の方が大きく取れることを示した。さらに、規格化圧力制御のみでは外部コイル電流が変化し続けるために定常運転は困難であることを示した。

論文

Development of a simulator for plasma position and shape control in JT-60SA

宮田 良明; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 井手 俊介; 浦野 創

Plasma and Fusion Research (Internet), 7, p.1405137_1 - 1405137_9, 2012/10

JT-60SA, ITER、及び将来の核融合炉において、プラズマ位置形状制御は重要な課題である。プラズマ位置形状制御の研究のため、平衡計算部と磁束制御コントローラにより構成されているシミュレータの開発した。制御シミュレータによりJT-60SAにおける等磁束制御手法を用いたプラズマ位置形状の模擬とコイル電流制御ロジックを最適化できる。プラズマ配位と内部パラメータ変化に対するプラズマ位置形状制御を模擬できることを実証した。

論文

Plasma domains and development of operation scenarios in JT-60SA

井手 俊介; 林 伸彦; 本多 充; 浦野 創; 鈴木 隆博; 宮田 良明; 相羽 信行; 白石 淳也; 栗田 源一; 藤田 隆明

Plasma and Fusion Research (Internet), 7(Sp.1), p.2403131_1 - 2403131_4, 2012/09

JT-60SAでは、ITER定常運転やDEMO炉で要求される高規格化ベータプラズマの定常維持を主目標の一つとしている。原子力機構では、このような高規格化ベータプラズマの性能の評価を、種々の計算コードを用いて行っている。このようなプラズマの実現性を評価するには、プラズマ電流のフラットトップでの性能評価だけではなく、そのようなプラズマを得るためのパスがあるかどうか確かめることも重要である。このようなプラズマを得るには、プラズマ電流分布が重要であることがわかっている。本講演では、プラズマ電流立ち上げと形成できるプラズマ電流分布の形のバリエーションやその結果得られるプラズマの性能について報告を行う。

論文

Observation of radial particle transport induced by the fluctuation measured with a gold neutral beam probe

小島 有志; 石井 亀男*; 宮田 良明*; 垣内 秀人*; 海藤 展弘*; 吉川 正志*; 板倉 昭慶*; 市村 真*; Chujo, T.*

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.274 - 276, 2007/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.85(Nuclear Science & Technology)

静電揺動や乱流による熱・粒子輸送は核融合プラズマにおいて重要なテーマの一つである。コアプラズマから周辺プラズマへの輸送など、揺動によって粒子や熱が輸送される過程は揺動の特徴やプラズマの分布によって異なるため、実験的に揺動輸送を評価することは、輸送制御に対する手がかりとなる。本研究ではミラー型プラズマにおけるドリフト波による揺動輸送を実験的に検討する。金の中性粒子ビームプローブは重イオンビームプローブの一種であり、ビーム強度から密度揺動、ビームエネルギーから電位揺動を同時計測し、コアプラズマにおける揺動粒子束を計測する唯一の手段である。本研究ではコアプラズマの密度,電位揺動の間の位相差を計測し、揺動と位相差の相関,揺動輸送との関連性を検討した。ドリフト波が成長するとともに揺動粒子束が発生し、その粒子束によって密度分布が緩和してドリフト波の成長が飽和する現象が見られ、揺動輸送自体が揺動の成長を妨げる可能性があることが知れた。

論文

Simultaneous measurements of ion and electron currents using a novel compact electrostatic end-loss-current detector

平田 真史*; 三宅 泰宏*; Chujo, T.*; 小波蔵 純子*; 沼倉 友晴*; 清水 清昭*; 伊藤 万梨絵*; 木南 瀬里奈*; 森本 直道*; 平井 克明*; et al.

Review of Scientific Instruments, 77(10), p.10E719_1 - 10E719_3, 2006/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Instruments & Instrumentation)

開放端磁場プラズマにおいて端損失するイオン及び電子の同時測定を目的として、小型の静電型端損失電流検出器を提案した。この検出器は、自己収集原理に基づき、金属コレクターからの二次電子放出を抑える。プラズマ閉じ込め磁場を利用することで、付加磁場が不要であるという特徴を持つ。そのため、プラズマ閉じ込め磁場を乱さずに計測が可能で、かつ非常に小型化できる。検出器は、磁場に平行に配置されたバイアスされた陽極と、静電シールドされた陰極から構成される。タンデムミラー装置GAMMA10のエンド部の磁場を模擬したヘルムホルツ・コイルと、イオンビームラインを用いて特性を調べた。この開発した計測器を用いて、GAMMA10において電子サイクロトロン加熱によって生成された高エネルギー電子とイオンの同時入射の条件で、端損失電流計測に適用した。

口頭

JT-60SA位置形状制御シミュレータの開発

宮田 良明; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 井手 俊介; 浦野 創

no journal, , 

コイル数が少ないJT-60SA, ITER、及び将来の核融合炉において、プラズマ位置形状制御は重要な研究課題である。プラズマ位置形状制御の検討のため、平衡計算部と'isoflux'コントローラーにより構成されているシミュレータの開発を進めている。コントローラーは指定された点のポロイダル磁束が等しくなるように、ポロイダルフィールド(PF)コイルの電流を制御する。平衡計算部は渦電流の効果を取り入れて、指定されたPFコイル電流から平衡を解く。開発中の制御シミュレータを用いて、ポロイダルベータと内部インダクタンスの変化に対応した位置形状制御を模擬した。

口頭

JT-60SAプラズマ平衡制御シミュレータを用いた放電シナリオの開発

宮田 良明; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 井手 俊介; 浦野 創

no journal, , 

JT-60SA, ITERや将来の核融合炉において、精密なプラズマ位置形状制御はプラズマ性能の向上及び第一壁を含めたプラズマ対向構造物へのダメージを避けるうえで重要な課題である。プラズマ平衡制御手法の研究のため、プラズマ平衡制御シミュレータの開発を進めている。平衡制御シミュレータは平衡計算部と制御コントローラー部で構成される。今回、プラズマ電流制御のシミュレーションのため、与えられたコイル電流及び磁束消費に無撞着なプラズマ電流を有する平衡を求められるよう平衡制御シミュレータの改造を行った。これによりプラズマ位置形状制御とプラズマ電流制御を同時に行い、プラズマ着火直後からプラズマ電流を安定に立ち上げ、安全に立ち下げるプラズマ放電シナリオを模擬することができる。本講演では平衡制御シミュレータを用いて開発したJT-60SA放電シナリオを報告する。

口頭

平衡制御シミュレータの開発とJT-60SA運転シナリオの検討

鈴木 隆博; 宮田 良明; 井手 俊介; 浦野 創; 藤田 隆明

no journal, , 

導体壁と結合したプラズマの時間発展を解く平衡計算部と、プラズマ電流と位置形状を外部コイルにより帰還制御するコントローラで構成される平衡制御シミュレータを開発し、JT-60SAの運転シナリオを検討した。センターソレノイドによる磁束変化によりプラズマ電流を立ち上げるとともに、センターソレノイドからの漏れ磁場やプラズマ電流上昇による配位変化を形状制御により抑えつつダイバータ配位を形成して加熱する帰還制御に基づく放電シナリオを構築した。加熱等の圧力変化時及び磁束消費時の内外ダイバータ足位置を含む位置形状の制御性、垂直位置不安定性の制御等についても発表する。

口頭

JT-60SAプラズマにおける制御範囲の評価とシナリオ開発

井手 俊介; 相羽 信行; Bolzonella, T.*; Challis, C. D.*; 藤田 隆明; Giruzzi, G.*; Joffrin, E.*; 濱松 清隆; 林 伸彦; 本多 充; et al.

no journal, , 

One of the main goals of JT-60SA project is to achieve steady-state sustainment of a high normalized pressure ($$beta_N$$) plasma, which is required in the ITER steady-stat operation and DEMO. Plasma control plays a key role to accomplish this goal. Assessment of capabilities in controlling key plasma parameters to access and sustain a high $$beta_N$$ plasma in JT-60SA has been carried out using TOPICS with emphasis on controllability with actuators, including not only heating and current drive but also fueling and pumping system. It is confirmed that the safety factor profile can be prepared appropriately at the plasma current ramp-up phase within capability of the installed ECRF system. At the flat-top of a high $$beta_N$$ and high bootstrap current plasma, it is also confirmed that the installed NB system can modify the safety factor profile and the confinement property within the planned capabilities. It is confirmed that impurity seeding in the SOL and the divertor region can maintain the heat flux within the divertor heat tolerance keeping the separatrix density level acceptable.

口頭

Extending KSTAR operation regime for advanced operation scenario development

鈴木 隆博; Kim, J. H.*; Na, Y. S.*; 井手 俊介; Mueller, D.*; 宮田 良明; Kim, H. S.*; Hahn, S. H.*; Yoon, S. W.*; Kim, W. C.*

no journal, , 

KSTARトカマクで初となる先進運転シナリオ開発に取り組んだ。標準的なHモード運転シナリオよりも高い性能を有する先進運転シナリオは、ITER及びDEMOに直接繋がる重要な研究領域である。先進運転シナリオは低い内部インダクタンスと鋸歯状不安定性の発生しない安全係数分布が特徴であるが、従来のKSTAR運転シナリオではプラズマ電流立ち上げ中に鋸歯状不安定性が発生し、実現できずにいた。今回、プラズマ電流立ち上げ初期にプラズマ体積を拡大してダイバータ配位を形成し、その後に加熱を行いつつ電流を立ち上げる新しいKSTAR運転シナリオを確立し、鋸歯状不安定性の発生しない低内部インダクタンスのプラズマを実現した。放電番号7897では閉じ込め改善度$$H_{89P}sim2.3$$を表面安全係数6程度で先進運転領域に届く高規格化圧力$$beta_{N}sim2.5$$を達成した。

口頭

Confinement characteristics of the extended operation regime of KSTAR toward advanced scenarios

Na, Y. S.*; 鈴木 隆博; 井手 俊介; Mueller, D.*; Kim, J. H.*; 宮田 良明; Kim, S. H.*; Kim, H. S.*; Jeon, Y. M.*; Bae, Y. S.*; et al.

no journal, , 

KSTARプロジェクトの重要な実験目標である先進シナリオ開発を開始した。プラズマ電流立ち上げ初期にダイバータ配位を形成し、その後に加熱を行いつつ電流を立ち上げることで先進シナリオに適した鋸歯状不安定性のないターゲットプラズマの生成に成功した。さらにこのプラズマに対して、高いポロイダルベータ値と自発電流割合を得て磁気シアを変化させるためにJET装置で用いられている「Ipオーバーシュート」法を適用した。これら一連のプラズマについて、平衡及び輸送と加熱・電流駆動を考慮した統合シミュレーションコードを用いて閉じ込めと輸送特性を調べた。プラズマ電流立ち上げ中の安全係数、電流立ち上げ後の閉じ込め特性、自発電流を含む非誘導駆動電流について議論する。また、これらのプラズマを他のトカマク装置で開発された先進シナリオと比較し、今後のKSTAR先進シナリオ開発の方向性も議論する。

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