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論文

炉内トリチウム

上田 良夫*; 大宅 薫*; 芦川 直子*; 伊藤 篤史*; 小野 忠良*; 加藤 太治*; 川島 寿人; 河村 学思*; 剣持 貴弘*; 斎藤 誠紀*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 88(9), p.484 - 502, 2012/09

特定領域科研費「核融合炉実現を目指したトリチウム研究の新展開」のレビューのうち第3章4節を執筆した。JT-60Uの30秒Hモード放電では外側ダイバータ板からの炭化水素の発生量が多いときに容器内に残留する水素量が増加することを示した。さらに外側ダイバータ板から発生した炭化水素がプラズマ中でどのような経路を輸送されるのかを調べるため、人為的に外側ダイバータから$$^{13}$$CH$$_{4}$$を注入する実験を行い、実験後にダイバータ・タイルを取り出しタイル上の堆積物を同定した。その結果、注入口のほぼ正面の内側ダイバータ・タイル上に$$^{13}$$Cが多量のHとともに検出された。この結果は、磁力線を横切った輸送が支配的であること、及び$$^{13}$$CとHが結合した形態で輸送された可能性が高いことを示しており、これらから中性の炭化水素、すなわち$$^{13}$$CH$$_{x}$$, x=1$$sim$$4の形態で外側ダイバータから内側ダイバータまで輸送されたと解釈される。

論文

A New framework for integrated simulation model using MPMD approach

高山 有道*; 清水 勝宏; 冨田 幸博*; 滝塚 知典

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.604 - 609, 2010/08

統合シミュレーションモデル開発のために、効率的なコード開発が行えるプログラムの新しい枠組みを開発した。新しい枠組みは、MPMD(Multiple Program Multiple Data)、すなわち複数のプログラムで構成され、プログラム間のデータ通信はMPI(Message Passing Interface)を用いて行う。これまで、コードの統合化にあたって問題となっていたプログラム間の相互干渉の問題を解決した。それぞれのプログラムは独立しているので、各コードのメインテナンス、各モデルの改良が容易に行えるようになる。われわれが開発している統合ダイバータコードSONICを模擬する簡単なプログラムに対して、本枠組みを適用し、その妥当性,有益性を確認した。

論文

核融合炉実現を目指したトリチウム研究の新展開,3; 核融合炉のトリチウム蓄積・排出評価のための理論及びシミュレーションコードの開発

大宅 薫*; 井内 健介*; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 川島 寿人; 星野 一生; 畑山 明聖*; 藤間 光徳*; 冨田 幸博*; 河村 学思*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 85(10), p.695 - 703, 2009/10

平成19年度より採択された文部科学省科学研究費特定領域「核融合炉実現を目指したトリチウム研究の新展開」の中の6研究項目の一つである「核融合炉のトリチウム蓄積・排出評価のための理論及びシミュレーションコードの開発」に関して、研究目的,研究開発の現状及び今後の課題について述べる。特に、(1)炉内プラズマ中のトリチウム輸送と対向壁への蓄積と放出,(2)ダスト粒子の炉内プラズマ中の挙動とトリチウム蓄積,(3)プラズマ対向材料のトリチウム蓄積と放出にかかわるモデル構築,コード開発及びシミュレーションの現状を紹介する。

論文

Release conditions of dust particle from plasma-facing wall in oblique magnetic field

冨田 幸博*; 河村 学思*; Smirnov, R.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.164 - 167, 2009/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.15(Materials Science, Multidisciplinary)

斜行磁場中の垂直なプラズマ対向壁からの球形ダスト粒子の離脱条件を解析的に調べた。ポアソン方程式か、ダストの離脱力を決めるシース電場を求めた。電場は磁場が壁に平行に近くなるほど減少する。一方プラズマ流は適度な斜行磁場中で大きくなる。強磁場中では、離脱可能ダストの半径は磁場入射が壁に鋭角になるほど大きくなる。また弱磁場中では、中間入射角のとき、すべてのダストが離脱できなくなる。

論文

Effect of oblieque magnetic field on release conditions of dust particle from plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R. D.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Contributions to Plasma Physics, 48(1-3), p.285 - 289, 2008/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:26.88(Physics, Fluids & Plasmas)

球形ダスト粒子がプラズマ対向壁から離脱するときの条件に対する斜め磁場の効果を解析的に調べた。解析では、プラズマの磁気プレシースとデバイシースを取り入れた。デバイシース電位降下が大きいとき、壁から離脱するダスト粒子の半径は、磁場の壁入射角度が浅くなるほど、大きくなることがわかった。この半径より小さいダストだけが壁から離脱できる。一方電位降下が小さいとき、磁場の壁入射角度によっては、すべてのサイズのダスト粒子が離脱できなくなることがわかった。この解析結果は、壁から離脱するダストのサイズを、プラズマ密度,温度又は壁バイアス電位で制御できる可能性を示した。

論文

Effect of truncation of electron velocity distribution on release of dust particle from plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; 中村 浩章*; Zhu, S.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.264 - 269, 2007/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:39.35(Materials Science, Multidisciplinary)

プラズマ中のダスト粒子の挙動の研究では、プラズマはマクスウェル分布していると通常仮定している。ダスト粒子が導体壁上にあるとき、それを取り囲むプラズマはマクウェル分布と大きく異なっている。この論文では、電子速度分布の先端が切り取られていることにより、球形ダスト粒子がプラズマ対向壁から離脱するための条件がどう影響されるかを調べる。先端切取りの効果により、壁上の電場は、マクスウェル分布のときに比べ大きくなる。この増大された壁上電場のために、重力が壁から離れる向きにあるときのダスト粒子離脱条件領域は小さくなる。

論文

Charging of a spherical dust particle on a plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1015 - 1018, 2006/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:7.57(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ対向壁上の球状導体ダスト粒子に誘起される電荷について解析的に調べた。外部の非一様電場を軸方向座標の多項式により近似し、境界条件の取り入れのために双曲座標を導入する。この解析結果を導体壁前のデバイシースの非一様電場中にあるダストに適用した。この結果はダストを取り巻くプラズマによる遮蔽効果の解析に有効である。

論文

Gravitational effect on release conditions of dust particle from plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Contributions to Plasma Physics, 46(7-9), p.617 - 622, 2006/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:15.8(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ対向壁から球形ダスト粒子が離脱する条件に対する重力の影響を1次元解析により調べた。重力が壁方向に向くとき、ダストの離脱には大きな電場力が必要であり、そのための壁電位閾値が存在する。閾値はプラズマ条件に依存せず、ダスト粒子形状に依存する。壁電位が閾値より大きく、かつダスト粒子半径がある臨界半径より小さなとき、ダストは離脱できる。重力が大きいと臨界半径は小さくなる。プラズマ密度,温度等のプラズマパラメータ及び壁電位を変化させて、壁から離脱するダスト粒子の大きさを制御できることが、この解析結果からわかった。

論文

Two-dimensional simulation study on charging of dust particle on plasma-facing wall

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; Tskhakaya, D.*; 滝塚 知典

Contributions to Plasma Physics, 46(7-9), p.623 - 627, 2006/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:22.88(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ対向壁上に導電性球形ダスト粒子があるときのシース形成について自己無撞着な2次元粒子シミュレーションを行った。ダストの荷電状態のダスト粒子半径依存性及び壁電位依存性を求め、そのシミュレーション結果を簡単な1次元モデルと比較した。1次元モデルの有効性を評価することが可能となった。また、プラズマによるダスト粒子の遮蔽効果を明らかにすることができた。

論文

Reduction of sheath potential and particle flux at a target plate by negatively charged dust particles

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; Chutov, Y.*; 高山 有道*; 滝塚 知典

Contributions to Plasma Physics, 44(1-3), p.162 - 167, 2004/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:6.89(Physics, Fluids & Plasmas)

負に荷電したダスト粒子によるダイバータ板近傍の静電ポテンシャルの形成を1次元運動論解析で調べた。負に荷電したダスト粒子はイオンシースポテンシャル降下を減少させる。大きな径(100micron)のダスト粒子はそのダスト/プラズマ密度比が小さい時($$sim$$10to-8)でも大きくポテンシャル降下を減少させる。プラズマの粒子束はダスト粒子による吸収で顕著に減少する。

論文

Particle simulation study of dust particle dynamics in sheaths

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

Contributions to Plasma Physics, 44(1-3), p.150 - 156, 2004/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.03(Physics, Fluids & Plasmas)

ダイバータプラズマの静電シースとイオン化プレシースの中のダスト粒子運動について運動量及び荷電方程式を用いた数値シミュレーションを行った。ダイバータにおけるプラズマパラメータの分布は電子衝突電離効果を取り入れた粒子シミュレーションにより求めた。大きな半径のダスト粒子はダイバータ板から放出されないことを見いだした。中サイズ半径の粒子は放出されるが板に戻される。小半径の粒子は板から放出されてダイバータプラズマ中の平衡位置に到達する。

論文

Reduction of sheath potential and dust ion-acoustic wave by negatively charged dust particles

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; Chutov, Y.*; 高山 有道*; 滝塚 知典

プラズマ・核融合学会誌, 6, p.429 - 432, 2004/00

負に荷電したダスト粒子による壁近傍の静電ポテンシャル形成について1次元運動論解析を行った。不動のダスト粒子が一様に分布する系を考える。負荷電のダスト粒子はイオンシース電位降下を減少させることを明らかにした。壁板上で電場を零とするダスト密度の閾値がある。この閾値より高いダスト密度において、静電ポテンシャルに固定振動が現れる。この振動がダストイオン音波であることを明らかにした。その波長はデバイ長のオーダーであり、ダストの密度により係数が決まる。

論文

Dynamics of dust particles coming off a wall in sheath and presheath

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

プラズマ・核融合学会誌, 6, p.752 - 755, 2004/00

壁近傍プラズマ中のダスト粒子の挙動について広範囲のダスト半径と質量にわたって調べた。ダストの運動と荷電の方程式を、1次元粒子モデルで模擬されたシースと電離プレシースを持つプラズマ中で解析した。ダスト粒子に働く電場とイオン抗力の釣り合いから、挙動について二つの臨界ダスト半径が存在することがわかった。第一臨界半径は壁に留められる条件、第二臨界半径は短域振動から長域振動への遷移条件である。遅延荷電効果により、第二臨界半径の質量依存性は不明瞭になる。

論文

Particle simulation study of dust particle dynamics in sheaths

Smirnov, R.*; 冨田 幸博*; 滝塚 知典; 高山 有道*; Chutov, Y.*

NIFS-784, 9 Pages, 2003/10

ダイバータプラズマ中のダスト粒子運動について運動量及び荷電方程式を用いた数値シミュレーションを行った。本報では、ダイバータにおけるプラズマパラメータの分布は電子衝突電離効果を取り入れた粒子シミュレーションにより求めた結果、大きな半径のダスト粒子はダイバータ板から放出されないことを見いだした。また、中サイズ半径の粒子は放出されるが板に戻されること、小半径の粒子は板から放出されることについて記述している。

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