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論文

Tungsten impurity density in fusion plasma

仲野 友英; Shumack, A.*; Maggi, C. F.*

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 2 Pages, 2016/01

原子力機構とユーロヒュージョン(オランダ基礎エネルギー研究所、マックスプランク物理研究所、などからなる研究組織)との共同研究により、ヨーロッパの大型トカマク装置JETの高温プラズマ中のタングステンイオン密度を決定することに成功した。改良型X線分光器で測定されたスペクトルを原子構造計算プログラムFACによって解析した。この解析により45価及び46価のタングステンイオンと32価のモリブデンイオンのスペクトル線を同定した。さらに、意図的にモリブデンをプラズマに入射することによって、モリブデンイオンのスペクトル線の同定結果を確かめた。これらのタングステンイオン及びモリブデンイオンのスペクトル線の絶対強度からそれらの絶対密度を決定した。

論文

Comparison of Ne and Ar seeded radiative divertor plasmas in JT-60U

仲野 友英; JT-60チーム

Journal of Nuclear Materials, 463, p.555 - 560, 2015/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:28.02(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uでは、アルゴンよりもネオンを入射した場合に、ダイバータプラズマの放射パワーが増大する傾向にあることが示されている。本研究では、この理由を調べるため、ダイバータプラズマ中のネオンイオンとアルゴンイオンの放射過程を分光学的に調べた。ネオンを入射した場合には、ダイバータプラズマ中でNe$$^{8+}$$と電子の体積再結合が観測された。この体積再結合に伴う放射はダイバータプラズマの冷却に大きく寄与し、特に、ダイバータプラズマが非接触状態である場合には、ダイバータプラズマ中の総放射パワーの50%に達した。一方でアルゴンを入射してもアルゴンイオンからの放射パワーはダイバータプラズマの総放射パワーの10%以下と小さかった。ダイバータプラズマ中ではアルゴンイオンの体積再結合は観測されておらず、体積再結合の有無がアルゴンイオンとネオンイオンのプラズマ冷却への寄与の違いであると推測される。

論文

The Influence of the radial particle transport on the divertor plasma detachment

星野 一生; 清水 勝宏; 滝塚 知典*; 朝倉 伸幸; 仲野 友英

Journal of Nuclear Materials, 463, p.573 - 576, 2015/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:22.72(Materials Science, Multidisciplinary)

The divertor plasma detachment is the most promising candidate to reduce the divertor heat load in fusion reactors, while the present understanding is not enough to explain the experimental observations. To understand the detachment physics and improve the divertor modeling, an integrated divertor code SONIC has been applied to modelling of the JT-60U detached divertor plasma. In the comparison between the SONIC results and the JT-60U experimental data, the density at the private flux region was higher than the experimental data near the X-point. To investigate the influence of the particle transport in the private region, the particle diffusion coefficient in the private region $$D_{prv}$$ was increased. The detachment, i.e., the rollover of the ion flux to the divertor target, was observed while influence of the enhancement of $$D_{prv}$$ on the mid-plane density and its profile were not seen. It is found that the transport in the private region plays an important role for the formation of the divertor detachment.

論文

Deuterium retention in tungsten coating layers irradiated with deuterium and carbon ions

福本 正勝; 仲野 友英; 上田 良夫*; 伊丹 潔; 久保 博孝

Journal of Nuclear Materials, 462, p.354 - 359, 2015/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.76(Materials Science, Multidisciplinary)

Deuterium retention in a tungsten coating layer by deuterium and carbon mixed ion beam irradiation has been investigated by changing the carbon ion fraction and the surface temperature. Graphite is formed, while tungsten carbide (WC) and ditungsten carbide (W$$_2$$C) are not formed in the tungsten coating layer. At a surface temperature of 500 K, deuterium is retained in the trapping sites with a single trapping energy, which is expected to be grain boundaries and/or pore surfaces, and carbon retained in the tungsten coating layer. At a surface temperature of 700 K, most of the deuterium is not trapped by intrinsic defects such as grain boundaries and pore surfaces, but trapped by carbon retained in the tungsten coating layer. Analysis of deuterium desorption spectra suggests that deuterium is retained in the form of C-D bond in the tungsten coating layer.

論文

Determination of tungsten and molybdenum concentrations from an X-ray range spectrum in JET with the ITER-like wall configuration

仲野 友英; Shumack, A.*; Maggi, C. F.*; Reinke, M.*; Lawson, K.*; Coffey, I.*; P$"u$tterich, T.*; Brezinsek, S.*; Lipschultz, B.*; Matthews, G. F.*; et al.

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 48(14), p.144023_1 - 144023_11, 2015/07

 被引用回数:15 パーセンタイル:16.77(Optics)

欧州のトカマク型装置JETでは、タングステン材ダイバータの導入に伴いプラズマ中のタングステン量をモニターするため、既設のX線分光器を改造した。この分光器で観測されたスペクトルを原子構造計算プログラムで計算したスペクトルと比較することによって、$$mbox{W}^{45+}$$, $$mbox{W}^{46+}$$、及び$$mbox{Mo}^{32+}$$からの内殻励起スペクトル線を同定することに成功した。これらのスペクトル線の強度からタングステン及びモリブデンイオンの密度を導出し、電子密度に対して、それぞれ$$10^{-5}$$及び$$10^{-6}$$と決定した。さらに、導出したタングステン及びモリブデンイオン密度の妥当性の検証を以下のように行った。$$mbox{W}^{45+}$$スペクトル線の強度から導出したタングステンイオン密度は$$mbox{W}^{46+}$$スペクトル線強度から導出したタングステンイオン密度と20%で一致することを確かめた。また、X線分光器の2.4keV帯の連続スペクトル強度から導出したプラズマ実効電荷数は4.8keV帯の連続スペクトルから導出したプラズマ実効電荷数と50%で一致すること、そしてこれらは可視分光から導出されたプラズマ実効電荷数とよく一致することを確かめた。よって、本X線分光器の感度は妥当であると結論でき、導出したタングステン及びモリブデンイオン密度も信頼できると考えられる。

論文

Analysis of tungsten transport in JT-60U plasmas

清水 友介*; 藤田 隆明*; 有本 英樹*; 仲野 友英; 星野 一生; 林 伸彦

Plasma and Fusion Research (Internet), 10(Sp.2), p.3403062_1 - 3403062_4, 2015/07

In JT-60U, it has been observed that accumulation of tungsten is enhanced with increasing the toroidal rotation in the opposite direction (CTR-rotation) to the plasma current in H-mode plasmas. Two models for convective transport, pinch due to the toroidal rotation (PHZ pinch) and the radial electric field (Er pinch) were proposed. We introduce these two pinch models into integrated transport code TOTAL, and study dependence of the tungsten accumulation on the toroidal rotation. In the high toroidal rotation velocity, we obtained the tungsten accumulation four times as large as in the low one. The model reproduces the trend observed in the experiment.

論文

ITERでフルタングステンダイバータを導入するにあたって解決すべき問題とその対策

仲野 友英

プラズマ・核融合学会誌, 91(3), p.191 - 196, 2015/03

国際トカマク物理活動のスクレイプオフ層とダイバータ物理専門家会合での議論に基づき、ITERでフルタングステン・ダイバータを導入するにあたって解決すべき課題とその対策について述べる。フルタングステン・ダイバータの損傷・溶融を防ぐには、ダイバータ形状の工夫とともに、特にディスラプションや周辺局在化モードによるパルス的熱負荷の緩和が重要である。一方で、緩和措置がプラズマに与える影響も考慮する必要がある。つまり、フルタングステン・ダイバータへの損傷・溶融を抑えつつ、主プラズマでは良好な閉じ込めを維持する緩和手法を開発しなければならない。水素・ヘリウムプラズマ運転期には、そういった統合的なプラズマの制御を視野に入れて、プラズマ運転を習熟することが重要である。

論文

Development of the backflow model for simplified impurity exhaust in Monte-Carlo calculation

星野 一生; 清水 勝宏; 川島 寿人; 滝塚 知典*; 仲野 友英; 井手 俊介

Contributions to Plasma Physics, 54(4-6), p.404 - 408, 2014/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:28.31(Physics, Fluids & Plasmas)

ダイバータプラズマシミュレーションにおいて不純物ガス輸送をモンテカルロ法で扱う場合、サブダイバータ領域における時定数が長いため、シミュレーションの収束に必要な計算時間が増加することが問題となる。そこで、サブダイバータからダイバータへの逆流量を事前に求めガスパフソースとして扱うことで、サブダイバータ領域における計算を省略することのできる逆流モデルを開発し、計算時間を大幅に短縮させた。開発したモデルを実装したダイバータコードSONICを用いて、JT-60SAの完全非誘導電流駆動シナリオの成立性について調べた。Arガスパフを行うことで、電子サイクロトロン電流駆動に必要な低密度(スクレイプオフ層の赤道面で1.2$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$)と低ダイバータ熱負荷(10MW/m$$^2$$)が両立でき、完全非誘導電流駆動シナリオが成立することを示した。

論文

Determination of tungsten and molybdenum concentrations from an X-ray range spectrum in JET

仲野 友英; Shumack, A. E.*; Maggi, C.*; Reinke, M.*; Lawson, K. D.*; P$"u$tterich, T.*; Brezinsek, S.*; Lipschultz, B.*; Matthews, G.*; Chernyshova, M.*; et al.

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 38F, p.P1.019_1 - P1.019_4, 2014/06

欧州のトカマク型装置JETでは、タングステン材ダイバータの導入に伴い、プラズマ中のタングステン量をモニターするため、既設のX線分光器を改造した。この分光器で観測されたスペクトルを原子構造計算プログラムで計算したスペクトルと比較することによって、$$mbox{W}^{46+}$$, $$mbox{W}^{45+}$$、および$$mbox{Mo}^{32+}$$からのスペクトル線を同定することに成功した。さらに、これらのスペクトル線の強度からタングステンおよびモリブデンイオンの密度を導出し、電子密度に対して、それぞれ$$10^{-5}$$および$$10^{-7}$$と決定した。このタングステンイオン密度を真空紫外分光器から決定されたタングステンイオン密度と比較すると、非常に良い一致を示した。さらに、本X線分光器による連続光強度から決定したプラズマ実効電荷数と可視分光器による連続光強度から決定されたプラズマ実効電荷数を比較し、3倍の範囲で一致することを確かめた。これらから本X線分光器から導出したタングステンおよびモリブデンイオン密度は妥当であると考えられる。一方で、軟X線アレイから決定されたタングステンイオン密度と比較すると、本X線分光器から決定したタングステンイオン密度は1/7であった。軟X線アレイとの不一致の理由を今後の課題として調べる予定である。

論文

The Emission rates of CH, CD and C$$_{2}$$ spectral bands and a re-evaluation of the chemical sputtering yield of the JT-60U carbon divertor plates

仲野 友英; 東島 智; 久保 博孝; 朝倉 伸幸; 福本 正勝

Nuclear Fusion, 54(4), p.043004_1 - 043004_10, 2014/03

 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uのダイバータプラズマに$$mbox{CH}_4$$を入射し、その入射量に対するCHスペクルバンドの発光強度の比で定義する発光率を測定した。同様に、$$mbox{CD}_4$$, $$mbox{C}_2mbox{H}_4$$及び$$mbox{C}_2mbox{H}_6$$を入射し、それぞれに対するCH, CD及び$$mbox{C}_2$$の発光率を測定した。興味深いことに、$$mbox{CH}_4$$及び$$mbox{CD}_4$$を入射した場合に、$$mbox{C}_2$$発光強度の上昇が観測された。これは、入射したメタンに由来する粒子が、ダイバータ板と化学反応して炭素を2個含む炭化水素が発生したことを示す。ここで整備した発光率データを用いて、過去に測定した化学スパッタリング率を再評価すると、8%から6%に減少し、イオンフラックス及び入射エネルギーに対する依存性は弱くなった。

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

Chemical binding states of carbon atoms migrated in tungsten coating layer exposed to JT-60U divertor plasmas

福本 正勝; 仲野 友英; 上田 良夫*; 伊丹 潔

Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1405159_1 - 1405159_8, 2013/11

Carbon migration in the tungsten coating layer exposed to JT-60U divertor plasmas has been investigated by analysis of chemical binding states of the carbon atoms. More than 1% of carbon atoms were accumulated as graphitic carbon, disordered carbon and/or carbon-deuterium bonds. This concentration was more than five orders of magnitude higher than the solubility of carbon atoms in tungsten lattice. Up to 20% of ditungsten carbide (W$$_2$$C) was also formed in the tungsten coating layer. These findings suggested that the following carbon migration mechanism in the tungsten coating layer. The incident carbon atoms and hydrocarbon molecules migrate within 2.5 $$mu$$m in depth along grain boundaries and defects such as pores. The carbon atoms trapped to grain surfaces penetrate and diffuse in the grains. The carbon atoms exceeded the solubility of carbon atoms in tungsten lattice chemically bind to tungsten atoms and form W$$_2$$C.

論文

Hydrogen isotope effects on ITG scale length, pedestal and confinement in JT-60 H-mode plasmas

浦野 創; 滝塚 知典*; 相羽 信行; 菊池 満; 仲野 友英; 藤田 隆明; 大山 直幸; 鎌田 裕; 林 伸彦; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 53(8), p.083003_1 - 083003_8, 2013/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:26.34(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて軽水素・重水素Hモードプラズマのエネルギー閉じ込め特性を調べた。重水素のエネルギー閉じ込め時間は軽水素のそれより約1.2-1.3倍長いことがわかった。プラズマ熱エネルギーを一定にした比較を行った場合、密度・温度分布が両者で一致したが、一方で軽水素時には高パワー入力を要した。そのときの軽水素のイオンの熱伝導流束は重水素時の約2倍であった。したがって、軽水素のイオン熱拡散係数も同様に約2倍に増加した。重水素のイオン温度勾配特性長は軽水素時と比較して約1.2倍程度短くなることを示した。また、ペデスタル圧力は水素同位体種によらず全ポロイダルベータによって決まることを示した。コア部の温度分布はペデスタル温度が境界条件となって決まり、一方でペデスタル圧力は全ポロイダルベータで決まるため、重水素時の短いITGスケール長によるコア部の高温化がコア部及びペデスタル部を含めた全領域での閉じ込め改善を引き起こしていることを示した。

論文

Contribution of Ne ions to radiation enhancement in JT-60U divertor plasmas

仲野 友英; 朝倉 伸幸; 久保 博孝; JT-60チーム

Journal of Nuclear Materials, 438, p.S291 - S296, 2013/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:15.14(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uのダイバータプラズマにネオン、アルゴン及びそれらの同時入射を試み、ダイバータプラズマの放射パワーの増大にはアルゴンよりもネオンが効果的であるという結果が既に得られている。本研究では低温ダイバータプラズマ中のネオンイオンの放射過程を分光学的に調べた。非接触ダイバータプラズマの形成中にはNe VIIの発光強度が一時的に非常に高くなり、このとき、Ne VIIのスペクトル線強度比から見積もった電子温度は100eVで、これと衝突放射モデルから見積もったNe VIIの総放射パワーはボロメータによる全放射パワーの計測値に対して5%であった。また、C IV(広いパラメータ領域で放射パワーが大きいことが明らかにされている)の発光強度は全ダイバータ領域で低く、C IVも放射パワーに大きく寄与しているとは考えにくい。よって、他の価数のネオンイオン及び炭素イオンが放射パワーの増大に寄与している可能性が高い。

論文

Carbon transport and fuel retention in JT-60U with higher temperature operation based on postmortem analysis

吉田 雅史; 田辺 哲朗*; 足立 歩*; 林 孝夫; 仲野 友英; 福本 正勝; 柳生 純一; 三代 康彦; 正木 圭; 伊丹 潔

Journal of Nuclear Materials, 438, p.S1261 - S1265, 2013/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:53.77(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60U炉内全体での水素蓄積量を評価するために、これまで明らかにされていないプラズマに直接当たらない領域(タイル側面及びダイバータ下部)での水素蓄積速度及び炭素堆積速度を実測した。得られた結果を、これまで明らかにされているプラズマに当たる領域でのデータと合わせることにより、JT-60U炉内全体で、水素あるいは炭素がどこにどれだけ蓄積・輸送されるのかを明らかにした。その結果、JT-60U炉内全体の水素蓄積速度は1.3$$times$$10$$^{20}$$ H+Ds$$^{-1}$$となり、この値は他のプラズマ装置にて報告されている値よりも遅いことがわかった。これは、JT-60Uが高温で運転されていることに起因する。

論文

Spatial characterization of a divertor in the presence of an X-point MARFE by collisional-radiative modeling and line profile calculations

Koubiti, M.*; 仲野 友英; Marandet, Y.*; Mekkaoui, A.*; Mouret, L.*; Rosato, J.*; Stamm, R.*

Journal of Nuclear Materials, 438, p.S599 - S601, 2013/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.96(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uの非接触ダイバータプラズマから放射されるC IV(n=6-7)スペクトル線を高波長分解能可視分光器で測定し、そのスペクトル形状をPPPコードで解析した。以前の解析では、一組の電子密度と電子温度からPPPコードによって計算されたスペクトル形状と測定されたスペクトル形状を比較していた。この方法ではX点MARFEの周辺部では測定されたスペクトルをよく再現することができたが、X点MARFEの中心部では良い再現 が得られなかった。今回の解析では二組の電子密度と電子温度からPPPコードによって計算されたスペクトルを足し合わせることによって、測定されたスペクトルの再現に成功した。このときの電子密度と電子温度の組合せは、それぞれ、1$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$と23.0eV及び6$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$と2.5eVであり、それらの割合は65:35であった。

論文

Hydrogen isotopes retention in gaps at the JT-60U first wall tiles

吉田 雅史; 田辺 哲朗*; 林 孝夫; 仲野 友英; 福本 正勝; 柳生 純一; 三代 康彦; 正木 圭; 伊丹 潔

Fusion Science and Technology, 63(1T), p.367 - 370, 2013/05

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

JT-60U第一壁タイルの側面への水素蓄積量を評価するために、外側第一壁からポロイダル及びトロイダル方向に炭素タイルを数枚取り出し、タイル側面に蓄積した水素量を昇温脱離法(TDS)にて測定した。得られた結果をこれまでに測定されてきたプラズマ対向表面での結果と比較することで、タイル側面の温度は、プラズマ対向表面のように温度が上昇していること、タイル側面への水素蓄積量は時間とともに増加することが明らかとなった。その結果、JT-60U第一壁全体のタイル側面での水素蓄積速度は4e19 H+D/sと見積ることができた。これは、これまで水素蓄積量が最も多いとされるダイバータタイル表面の再堆積層でのそれ(3.4e19 H+D/s)とほぼ同等であることがわかった。このことは、第一壁タイル側面の単位面積当たりの蓄積速度は極めて低いものの、タイル側面の全面積が1桁以上大きいことに由来している。

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

Dependence of heat transport and confinement on isotopic composition in conventional H-mode plasmas in JT-60U

浦野 創; 滝塚 知典*; 菊池 満; 仲野 友英; 藤田 隆明; 大山 直幸; 鎌田 裕; 林 伸彦; JT-60チーム

Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/01

JT-60Uにおいて軽水素・重水素Hモードプラズマのエネルギー閉じ込め特性を調べた。重水素のエネルギー閉じ込め時間は軽水素のそれより約1.2-1.3倍長いことがわかった。プラズマ熱エネルギーを一定にした比較を行った場合、密度・温度分布が両者で一致したが、一方で軽水素時には高パワー入力を要した。そのときの軽水素のイオンの熱伝導流束は重水素時の約2倍であった。したがって、軽水素のイオン熱拡散係数も同様に約2倍に増加した。重水素のイオン温度勾配特性長は軽水素時と比較して約1.2倍程度短くなることを示した。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,38

濱松 清隆; 林 伸彦; 諫山 明彦; 本多 充; 浦野 創; 仲野 友英

プラズマ・核融合学会誌, 88(12), p.763 - 767, 2012/12

2012年10月に米国サンディエゴで開催された、国際トカマク物理活動での会合の内容を「プラズマ・核融合学会誌」の「インフォメーション」欄で報告する。具体的に報告するトピックスは、「総合運転シナリオ」,「MHD安定性」,「高エネルギー粒子物理」,「輸送と閉じ込め物理」,「ペデスタル物理」,「スクレイプオフ層とダイバータ物理」の各グループの会合での議論の内容である。

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