Status of JT-60SA tokamak under the EU-JA broader approach agreement

松川 誠; 菊池 満; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 林 孝夫; 東島 智; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井手 俊介; 石田 真一; et al.

Fusion Engineering and Design, 83(7-9), p.795 - 803, 2008/12

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.06.047

JT-60SAは、日欧の幅広いアプローチの下で建設する完全超伝導トカマク装置で、ITERや原型炉への貢献を目指している。2007年の両極の国会批准後、実質的には既に建設段階に移行している。JT-60SAは、既存の建屋,電源,プラズマ加熱装置,計測装置などの、JT-60U設備の最大限の有効利用が前提であり、完全に新作する主たる機器は本体装置のみである。最大プラズマは電流5.5MAで、プラズマ主半径3.06m,アスペクト比2.65,非円形度1.76,三確度0.36である。最大プラズマ加熱入力41MW,プラズマ電流のフラットトップ時間は100秒間である。本論文では、トカマク装置本体だけでなく、プラズマ加熱装置や遠隔保守装置の設計などについても言及するとともに、EUとの技術的な議論を踏まえて行った超伝導導体に関する最近の設計変更案などを紹介し、装置の全体像を明らかにする。

Overview of the national centralized tokamak programme

菊池 満; 玉井 広史; 松川 誠; 藤田 隆明; 高瀬 雄一*; 櫻井 真治; 木津 要; 土屋 勝彦; 栗田 源一; 森岡 篤彦; et al.

Nuclear Fusion, 46(3), p.S29 - S38, 2006/03

https://doi.org/10.1088/0029-5515/46/3/S05

トカマク国内重点化装置(NCT)計画は、大学における成果を取り込みつつJT-60Uに引き続き先進トカマクを進めるための国内計画である。NCTのミッションは発電実証プラントに向けて高ベータ定常運転を実現するとともに、ITERへの貢献を図ることである。高ベータ定常運転を実現するために、装置のアスペクト比,形状制御性,抵抗性壁モードの帰還制御性,電流分布と圧力分布の制御性の機動性と自由度を追求した。

Design study of national centralized tokamak facility for the demonstration of steady state high- plasma operation

玉井 広史; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; 細金 延幸; 市村 真*; et al.

Nuclear Fusion, 45(12), p.1676 - 1683, 2005/12

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/12/023

トカマク国内重点化装置の設計研究をまとめた。装置の設計は、プラズマのアスペクト比と形状制御性に関して自由度を広く確保できることが求められている。これは、ITERと平行して研究を進めるとともに、定常高ベータプラズマ運転についての科学的なデータベースをDEMOへ提供する観点から重要である。この目標に合致するように、プラズマのアスペクト比と形状の自由度の確保について、これまで比較的困難であったダイバータ排気性能との両立が図られるように装置設計を行った。この装置設計に基づいて、閉じ込め,安定性,電流駆動,ダイバータプラズマ等の物理性能を評価し、主目的である定常高ベータプラズマを実現するための制御方法を検討した。

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Cho, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/7/314

原型炉の実現に向けて経済性と環境適合性の向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉で想定されているように、強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御をもち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。既存のJT-60設備を最大限に生かし、原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現に向けて、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という克服すべき課題に取り組むための設計を行った。

Fusion plasma performance and confinement studies on JT-60 and JT-60U

鎌田 裕; 藤田 隆明; 石田 真一; 菊池 満; 井手 俊介; 滝塚 知典; 白井 浩; 小出 芳彦; 福田 武司; 細金 延幸; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.185 - 254, 2002/09

https://doi.org/10.13182/FST02-A227

JT-60及びJT-60Uは、ITER及び定常トカマク炉実現へ向けた物理基盤を構築することを目的として、炉心級プラズマにおける高総合性能の実証とその維持を目指した運転概念の最適化を行って来た。等価核融合エネルギー増倍率(=1.25)や核融合積(=1.5E21 m-3skeV)の達成に加えて、高い総合性能(高閉じ込め&高ベータ&高自発電流割合&完全非誘導電流駆動)を実証した。これらは、内部及び周辺部に輸送障壁を持つ高ポロイダルベータHモード及び負磁気シアモードで得られた。最適化の鍵は分布及び形状制御である。多様な内部輸送障壁の発見に代表されるように、JT-60/JT-60U研究はプラズマ諸量の空間分布の自由度と制限を強調して来た。各閉じ込めモードの閉じ込め研究に加えて、輸送及び安定性等によって支配されるコア部及び周辺ペデスタル部のパラメータ相関を明らかにした。これらの研究により、高閉じ込めモードのITERへの適合性を実証するとともに残された研究課題を明らかにした。

Long sustainment of JT-60U plasmas with high integrated performance

鎌田 裕; 諫山 明彦; 及川 聡洋; 坂本 宜照; 細金 延幸; 竹永 秀信; 草間 義紀; 藤田 隆明; 竹治 智; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1845 - 1853, 1999/11

https://doi.org/10.1088/0029-5515/39/11Y/325

JT-60で行った、高閉じ込め・高安定性プラズマの長時間維持の効果を報告する。プラズマ内部及び周辺部に、2重の輸送障壁を持つ高ポロイダルベータHモードを、ELMのある状態で維持し、以下の結果を得た。(1)DT等価エネルギー増倍率0.1を9秒間、0.16を4.5秒間、高閉じ込め(改善度約2)で維持した。(2)低安全係数(約3)であっても、高い規格化ベータ値2.5-2.7を3.5秒間維持した。(3)閉じ込め改善度X規格化ベータ値は、三角度の上昇で改善される。(4)周辺部の閉じ込め改善を担う、ペデスタル構造の時間発展を詳細に研究し、ELMのある状態でのペデスタル巾が、イオンのポロイダルラーマー半径とともに広がることを見い出した。(5)そのような、ペデスタル部の圧力勾配は、三角度の上昇で改善され、それがプラズマ性能の上昇の原因となっている。

Particle confinement and transport in JT-60U

竹永 秀信; 永島 圭介; 逆井 章; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 久保 博孝; 東島 智; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 鎌田 裕; et al.

Fusion Energy 1998, Vol.2, p.749 - 752, 1998/10

JT-60Uにおける粒子閉じ込め及び粒子輸送を定量的に解析した。NBIにより中心供給された粒子とリサイクリング、ガスパフにより周辺供給された粒子の閉じ込め時間を分離して定義し、ELMyHモードにおけるイオン総数に対するスケーリング則を導出した。中心供給粒子の閉じ込め時間は密度と共に増加し、周辺供給粒子の閉じ込め時間は密度と共に減少することを明らかにした。また負磁気シアプラズマでは、スケーリング則に対して約2倍程度粒子閉じ込めが改善していることを明らかにした。さらに、ヘリウムガスのモジュレーション実験から、負磁気シアプラズマ及びELMyHモードでの粒子拡散係数と対流速度を評価した。負磁気シアプラズマにおいては、内部輸送障壁近傍で、その内外領域に対して粒子拡散係数が、1/5~1/6に減少していることを観測した。

Enhanced confinement of high bootstrap current discharges in JT-60U

石田 真一; 松岡 守; 菊池 満; 辻 俊二; 西谷 健夫; 小出 芳彦; 小関 隆久; 藤田 隆明; 中村 博雄; 細金 延幸; et al.

Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1992, Vol.1, p.219 - 233, 1993/00

JT-60Uにおいて、高アスペクト比の高磁場非円形ダイバータ配位を用いて、高実験を行った。その結果、Lモードスケーリングの3倍の閉じ込め改善度をもつ良好な閉じ込め改善領域を見い出した。炉心級の高温プラズマ(Ti~32keV)、高い核融合積(n(0)Ti(0)~410m・s・keV)が得られ、中性子発生率210n/sに対するDT換算の等価核融合増倍率は、Q~0.3に達した。閉じ込め改善特性には、パワー依存性があり、電流分布のピーキングは、得られる値を向上させる効果がある。また、 collapse現象は、閉じ込め改善モードの保持を妨げ、高領域の限界を低下させることがわかった。1.5次元輸送解析の結果は、~2.1の高放電において、約0.7MAのブートストラップ電流が流されていることを示している。

JT-60におけるプラズマ放電制御

二宮 博正; 細金 延幸; 芳野 隆治; 牛草 健吉; 鎌田 裕; 菊池 満; 木村 豊秋; 栗原 研一; 辻 俊二; 内藤 磨; et al.

核融合研究, 65(SPECIAL ISSUE), p.13 - 26, 1991/03

トカマク装置のプラズマ電流、密度、閉じ込め特性、電流駆動領域等の運転領域の拡大は、プラズマ性能の向上のみならず、次期装置等設計に対するデータベースを提供する上からも重要である。JT-60におけるプラズマ電流領域拡大に於いては、ロックドモードが原因で発生するディスラプションによりI=2.4MA程度に制限されるが、中性粒子加熱によりこのモードを安定化できることを明確にした。また密度限界については、プラズマ周辺のパワーバランスで限界が決まっていることを明らかにした。

Density limit in JT-60

鎌田 裕; 細金 延幸; 平山 俊雄; 常松 俊秀

JAERI-M 90-081, 18 Pages, 1990/05

JAERI-M-90-081.pdf:0.65MB

JT-60のリミター配位における密度限界について、一連のガスバフ及びペレット入射実験結果を用いて議論する。ペレット入射によって得られた村上係数はガスパフ時の1.5~2倍である。また、ペレット入射時における最大の村上係数は10~1310mTであり、これは、高プラズマ電流/低q(q(a)=2.3~2.5)放電時に得られた。このようなペレット入射によって形成される電子密度分布はプラズマ中心で高い値をもつが、一方、周辺部(a/2)では、ガスパフ時と同程度の値となっている。これらのガスパフ及びペレット入射実験結果により密度上限はプラズマ周辺部でのパワーバランスによって理解できることがわかった。この時、有効電荷数、加熱パワー、周辺電子密度が重要なパラメータである。