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清水 勝宏; 細金 延幸; 滝塚 知典; 嶋田 道也; 辻 俊二; 久保 博孝; 杉江 達夫; 朝倉 伸幸; 伊丹 潔; 竹永 秀信*; et al.
IAEA-CN-60/D-P2, 0, p.431 - 439, 1996/00
核融合炉のデザインで大きな問題となっているダイバータ板への熱負荷低減の方法の一つは、高密度低温ダイバータ・プラズマによる遠隔放射冷却である。しかし、そうしたプラズマにおいて、不純物による放射損失が局所的にX点近傍で増大し、MARFEを引き起こし、時にディスラプションを誘起する。従って、MARFEを生じることなく、高密度低温ダイバータ・プラズマを形成する条件を明らかにする必要がある。本論文では、モンテカルロによる不純物輸送のモデリングを行い、それを用いてJT-60Uの高密度プラズマにおける不純物の挙動を調べた。高密度プラズマになると、ダイバータ板近傍のイオン温度減少によって、それまでの不純物発生の主因であった物理スパッタが減少する。一方、private領域への中性粒子のフラックス増大によって、化学スパッタでメタンが発生し、これが直接主プラズマに混入することを明らかにした。
佐藤 正泰; 菊池 満; 福田 武司; 竹永 秀信*; 鎌田 裕; 森 雅博; 白井 浩; 滝塚 知典; A.A.E.von-Blokland*; 石田 真一; et al.
IAEA-CN-60/A2-9, 0, p.265 - 274, 1995/00
核融合研究における最も重要な課題の一つは、高電流、高トロイダル磁場におけるHモードの理解である。この目的の為に、高トロイダル磁場(Bt
4.4T)、高アスペクト比(R/a=4、R:大半径、a:小半径)の中性粒子入射加熱のJT-60UプラズマのHモードを調べ、以下の事が判明した。1)LモードからHモードへの遷移パワー閾値の比例則(Pth=0.6Bt
R・a)を見い出した。2)閉じ込め改善度にITER-89P則より強いq依存性があり、この閉じ込め改善が、ELMの出現により制限される。3)このELMは、バルーニングモードに起因する。4)Lモードに比べ閉じ込めが改善された時でも、比
/
は(:粒子閉じ込め時間、:エネルギー閉じ込め時間)1.5以下であり、良い粒子排気性能が確保されている。
逆井 章; 久保 博孝; 細金 延幸; 杉江 達夫; 東島 智; 伊丹 潔; 朝倉 伸幸; 小出 芳彦; 清水 勝宏; 櫻井 真治; et al.
IAEA-CN-60/A2/A4-P12, 0, p.95 - 103, 1995/00
ITER等の実験炉で設計する際に重要な課題の一つとなっているヘリウム灰の輸送と排気について、JT-60Uにおける閉じ込め改善領域で調べた。ヘリウム灰を模擬するためにヘリウムビーム入射による中心補給及びヘリウムガスパフによる周辺補給を行い、ヘリウムの輸送、振舞、排気を調べた。閉じ込め改善領域として、ITERで注目されているELMのあるHモード及び閉じ込め改善度が2程度ある高
Hモード、さらにLモードで実験を行った。荷電交換再結合分光法(CXRS)によりヘリウムの密度分布及びその時間変化からヘリウムの輸送係数を決定した。可視の分光測定からダイバータ部のヘリウム及び重水素のリサイクリング粒子束の空間分布を測定し、プラズマ中心のヘリウム濃度との関係を明らかにした。また、中性粒子圧力測定からWall Pumpingによりヘリウムが排気され、ヘリウムビーム入射中でもヘリウム濃度を一定に保てることを検証した。
東島 智*; 杉江 達夫; 久保 博孝; 辻 俊二; 嶋田 道也; 朝倉 伸幸; 細金 延幸; 河野 康則; 中村 博雄; 伊丹 潔; et al.
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.375 - 379, 1995/00
被引用回数：32 パーセンタイル：92.98(Materials Science, Multidisciplinary)不純物を減少させることは核融合炉実現には不可欠である。この観点からJT-60Uではデカボランを用いたボロナイゼーションを実施している。ボロナイゼーションを、導入することで、大気開放後直ちに不純物密度(特に酸素密度)を低下させることができた。しかし、他のコンディショニング法を用いて最終的に得られたプラズマの各不純物密度と比較すると、大幅に改善されたとは言い難い。一方粒子リサイクリングはボロナイゼーションにより明確に減少し、結果的にこれがプラズマの閉じ込め改善に寄与していると考えている。次回ボロナイゼーションを計画しており、本講演では不純物及び粒子リサイクリングに着目した解析を行い、今までのボロナイゼーションについてまとめる。
竹永 秀信*; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 辻 俊二; 嶋田 道也; 菊池 満; 内野 喜一郎*; 村岡 克紀*
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.429 - 432, 1995/00
被引用回数：20 パーセンタイル：85.48(Materials Science, Multidisciplinary)JT-60Uにおいて、中性粒子輸送解析コードDEGASを用いて行った中性粒子挙動解析と、その結果を用いて行った粒子閉じ込め解析について発表する。JT-60Uでは、壁からのリサイクリングによる中性粒子は、その多くがメインプラズマに達するまでに電離してしまうために、粒子閉じ込め解析を行うには、メインプラズマへの中性粒子の侵入過程を定量的に評価する必要がある。DEGASコードで評価した真空容器内全体で電離する中性粒子の内、メインプラズマ内で電離する割合は、Lモードで4-8%、Hモードで30%程度である。両者の違いは、ダイバータ部の密度の違いに起因している。この結果を用いて評価した粒子閉じ込め時間は、Lモードでは密度の上昇と供に小さくなり、Hモードでは大きくなる傾向を示した。さらに粒子閉じ込めとエネルギー閉じ込めの関係について議論する。
逆井 章; 久保 博孝; 細金 延幸; 小出 芳彦; 東島 智*; 杉江 達夫; 清水 勝宏; 嶋田 道也; 辻 俊二
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.405 - 409, 1995/00
被引用回数：12 パーセンタイル：74.34(Materials Science, Multidisciplinary)ITER等の将来のトカマク型核融合炉では、D-T反応で生じるヘリウム灰の制御及び連続的な排出が重要課題となる。ITERでは、閉じ込め改善領域で設計が進められており、ELMのあるHモードはヘリウム灰の効果的な排出が期待でき、自己点火達成と長時間燃焼の観点から注目されている。そこで、JT-60Uにおいて閉じ込め改善度1.5-2.0のELMのあるHモードでヘリウムの輸送、振舞を調べた。ヘリウムビーム入射による中心補給及びヘリウムガスパフによる周辺補給の2通りの方法で、ELMのあるHモードとLモードの比較を行った。空間8chの荷電交換再結合分光法(CXRS)によりヘリウム密度の空間分布とその時間変化を実測し、ヘリウムの輸送係数を決定した。更に、ダイバータ部の分光計測からヘリウム粒子束と重水素粒子束を測定し、Hモード及びLモードにおけるこれらの粒子束とプラズマ中心のヘリウム濃度との関係を解明した。
正木 圭*; 安東 俊郎; 児玉 幸三; 新井 貴; 閨谷 譲; 芳野 隆治; 辻 俊二; 柳生 純一; 神永 敦嗣; 笹島 唯之; et al.
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.390 - 394, 1995/00
被引用回数：16 パーセンタイル：80.97(Materials Science, Multidisciplinary)最近のJT-60U実験では、高パワーNBI、LHRFの使用によりプラズマ壁相互作用が激しくなっている。昨年6月、ダイバータ近傍のCFC製第一壁タイルが破損した。この原因は、ディスラプション時のハロー電流による電磁力と考えられる。このタイルの破断に必要な荷重から推定すると、ハロー電流値は約20kAとなる。また、破損したタイルが放電中にポロイダル方向に高速で運動する現象が観測された。昨年8月には、ボルトの緩みにより、ダイバータタイル1枚が離脱し、7枚に深いエロージョンが確認された。昨年11月、ベータ線後方散乱測定法を用いて、ダイバータタイル表面の金属不純物量を測定した。その結果、一昨年と同じ測定部の表面に金属が多く残っており、エロージョンは主にタイルのエッジに集中していることが解った。また、1年間の運転の後でも炭化ボロン層が残っていることも確認された。
清水 勝宏; 久保 博孝; 滝塚 知典; 安積 正史; 嶋田 道也; 辻 俊二; 細金 延幸; 杉江 達夫; 逆井 章; 朝倉 伸幸; et al.
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.410 - 414, 1995/00
被引用回数：49 パーセンタイル：96.55(Materials Science, Multidisciplinary)ダイバータプラズマ中での不純物輸送の機構解明を目的として、モンテカルロ技法を用いた2次元不純物輸送コードを開発した。不純物の各電離状態の密度分布を求め、放射分布や可視線スペクトルの強度を計算し、測定データと比較する。ダイバータプレートや壁からの不純物の発生メカニズムや不純物のシールド効果、輸送について調べた。シミュレーションは、JT-60Uのダイバータプラズマ中の炭素不純物に対して行った。主プラズマ中での不純物の混入量は、nc/ne1.5%程度で、実験データの~2%と比較的良く一致している。イオンのthermal forceによって、発生不純物のうち20%が主プラズマへ混入する。このthermal forceがないとすると、電場や摩擦力によって、それは、1.5%程度である。不純物のシールド効果は、イオンの温度勾配に強く依存する事が明らかになった。
朝倉 伸幸; 伊丹 潔; 細金 延幸; 辻 俊二; 清水 勝行*; 久保 博孝; 杉江 達夫; 滝塚 知典; 嶋田 道也
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.395 - 399, 1995/00
被引用回数：33 パーセンタイル：93.3(Materials Science, Multidisciplinary)ITERなどの実験炉ではダイバータ板付の損耗を防ぐとともに粒子排気の観点から低温ダイバータの実現が要求され、粒子輸送機構の解明は重要課題である。JT-60Uでトロイダル磁場方向を反転し、イオン
Bドリフトがダイバータ板と反対方向を向けることにより、ダイバータ部での熱負荷分布の内外非対称を軽減するとともに、粒子および不純物リサイクリング制御を試みた。磁場反転時、高密度Lモード放電中で重水素, 炭素のリサイクリングが外側ダイバータ顕著になることが観測され、その結果、ダイバータ部の電子温度は内外セパラトリクス付近でほぼ対称で20eV程度まで減少する。熱流束分布についても均等分布に近づく。この現象により、SOLあるいはダイバータ部で粒子流束の方向が逆転する成分があることが示唆され、古典輸送によるモデルと定量的に比較する。また、遠隔放射冷却の効率とMARFE発生の過程も議論をおこなう。
and q
in high density discharges on JT-60U朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 細金 延幸; 伊丹 潔; 辻 俊二; 嶋田 道也
Nuclear Fusion, 35(4), p.381 - 398, 1995/00
被引用回数：33 パーセンタイル：73.6(Physics, Fluids & Plasmas)粒子リサイクリング、ダイバータ・プラズマに関する定量的測定を行い、特に高密度放電で低温・高密度ダイバータ・プラズマの生成する条件をJT-60Uにおいて解明した。ダイバータ板への粒子束とダイバータISOL領域でのリサイクリング中性粒子束は良い一致を示し、両粒子束を広いプラズマ・パラメータ範囲で定量化できることをダイバータ放電で始めて実証した。さらに、リサイクリング粒子束が主プラズマ電子密度nと安全係数qの増加と共に指数関数的に増加することも初めて定量化した。このリサイクリングの増加が特にダイバータ部で生ずる機構も、ダイバータ・プラズマ解析コードの計算結果と矛盾しない。特に、高q放電では、ダイバータ部の密度を効果的に上昇することができ、ダイバータ・プラズマ温度も20eV程度まで低減でき、遠隔放射冷却を増加できることを定量化した。
discharges小出 芳彦; 菊池 満; 森 雅博; 辻 俊二; 石田 真一; 朝倉 伸幸; 鎌田 裕; 西谷 健夫; 河野 康則; 波多江 仰紀; et al.
Physical Review Letters, 72(23), p.3662 - 3665, 1994/06
被引用回数：260 パーセンタイル：98.53(Physics, Multidisciplinary)自発的な内部輸送障壁の形成が、JT-60Uの高領域の改善閉込に伴って観測された。輸送障壁の位置はq=3面であることが明らかとなった。速いMHD崩壊が内部輸送障壁で起り、これが表面輸送障壁形成のひきがねになった。このような改善閉込め放電では、新古典理論値を大きく上回るポロイダル回転速度が観測された。
細金 延幸; 飛田 健次; A.A.E.Blockland*; 久保 博孝; 朝倉 伸幸; 辻 俊二; 嶋田 道也
Nuclear Fusion, 34(4), p.527 - 534, 1994/00
被引用回数：4 パーセンタイル：21.05(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおいて、ダイバータ放射損失の測定がリップル損失の過程で発生する荷電交換粒子の影響を受け、100%以上の誤差を生じることがあることが判明した。この現象は、イオンのBドリフトがダイバータ方向でかつ、垂直ビームの中性粒子入射加熱をしている場合のみ起る。その影響の大きさは、安全係数が大きい程大きい。これは、リップル損失自体及びこの領域の中性粒子圧力が安全係数と共に増大するためである。ボロメータ測定と荷電交換粒子の定量的な検討の結果、リップル損失の10%が荷電交換しても、ボロメータ測定に大きな影響を与えることがわかった。
西谷 健夫; 石田 真一; 菊池 満; 安積 正史; 山極 満; 藤田 隆明; 鎌田 裕; 河野 康則; 小出 芳彦; 波多江 仰紀; et al.
Nuclear Fusion, 34(8), p.1069 - 1079, 1994/00
被引用回数：29 パーセンタイル：69.19(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの高ポロイダルベータ実験で得た、世界最高の核融合三重積およびDD中性子発生率を、定常および非定常解析コードによって解析した。その結果、等価核融合増倍率Q
は0.61で、発生中性子の約半分は熱核融合反応によることがわかった。また、Q/Q
比は133~155で、TFTRのスーパーショットにより小さな値となった。これは主に高いイオン温度(~38keV)のためである。さらに、この放電において、プラズマ電流の50%(1MA)がブートストラップ電流に困っており、高いブートストラップ電流比と高い核融合反応率が両立することを示した。
嶋田 道也; 辻 俊二; 細金 延幸; 二宮 博正
Atomic and Plasma-Material Interaction Processes in Controlled Thermonuclear Fusion, p.319 - 325, 1993/00
次期装置において不純物制御は、現在運転中の大型装置においてより深刻な問題である。そのため大型装置において低温高密度ダイバータ、粒子制御、遠隔放射冷却、熱制御、ヘリウム排気、不純物の発生、遮蔽、輸送などの研究を進めることが重要である。そのためには、不純物の原子データや壁材のスパッタリングのデータ等の整備が不可欠である。特に、定常DT運転で有望視されているタングステン等の重金属、放射冷却や不純物輸送において重要なmedium-Z元素の低電離イオンについては整備が遅れているので、これらを重点的に整備することが望ましい。
久保 博孝; 杉江 達夫; 嶋田 道也; 細金 延幸; 逆井 章; 辻 俊二; 伊丹 潔; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏
Nuclear Fusion, 33(10), p.1427 - 1433, 1993/00
被引用回数：19 パーセンタイル：56.21(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおいて、絶対感度較正した真空紫外分光器を用いて、ダイバータプラズマ中の重水素および不純物のスペクトルを観測した。CII-IVおよびOIII-IVの電荷分布をスペクトル線強度から得た。炭素に対してはLi様イオンが、酸素に対してはBおよびBe様イオンが最も多く分布した。また、ダイバータプラズマからの放射損失を、分光測定結果から計算した。NB加熱(12MW)の放電では、放射損失に占める水素、炭素および酸素の割合はそれぞれ58%、39%、および34%であった。
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)~4
10
m
・s・keV)が得られ、中性子発生率210
n/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。
朝倉 伸幸; 嶋田 道也; 伊丹 潔; 細金 延幸; 辻 俊二; 清水 勝宏; 久保 博孝; 中村 博雄
Journal of Nuclear Materials, 196-198, p.1069 - 1073, 1992/12
被引用回数：7 パーセンタイル：57.64(Materials Science, Multidisciplinary)JT-60Uのダイバータ板に取り付けられた静電プローブアレイでダイバータへの粒子束,熱流束を測定し、主プラズマのパラメータ依存性について調べた。(1)イオン・grad-Bドリフトがダイバータ板方向の場合、粒子束,熱流束ともに電子側のダイバータ板に集中する。(2)主プラズマの密度上昇に伴い、粒子束は上昇。熱流束はダイバータ密度の上昇のため、放射冷却され減少する。(3)トロイダル磁場を変え、コネクション長を短くしても、電子の衝突長より長いため、ダイバータ部の温度,密度は変化せず、粒子束,熱流束ともにわずかに上昇。(4)SOL層を含むプラズマ全体へ供給される粒子数は、粒子束と定量的に一致する。また、SOLを含むプラズマ全体の粒子閉じこめ時間は高密度領域でn
で減少する。この実験結果を述べるとともに、ダイバータとプラズマ本体との関係について議論する。
石田 真一; 小出 芳彦; 小関 隆久; 菊池 満; 辻 俊二; 白井 浩; 内藤 磨; 安積 正史
Physical Review Letters, 68(10), p.1531 - 1534, 1992/03
被引用回数：54 パーセンタイル：87.38(Physics, Multidisciplinary)大型トカマクにおいて、プラズマ電流の~80%に達するブートストラップ電流を含む放電で発生するベータ限界現象について述べられている。ここで、ベータは、プラズマ圧力の磁場圧力に対する比で定義される。その現象は、JT-60トカマクでの長パルス中性粒子入射加熱時において、トロヨン限界よりも十分に低いある規格化ベータを越えた高ポロイダルベータ放電(~3)で発生した。そのMHD特性は、ごく短い時間スケールの間に起こる大振幅の部分的MHD緩和現象によって特徴付けられる。高ポロイダルベータ放電での凹状電流分布の形成が、そのMHD不安定性を引き起こすために本質的な役割を果たしており、解析結果によれば、ベータ限界現象の発生直前には、理想的n=1キンク・バルーニングモードが不安定になることが明らかになった。
辻 俊二
Fusion Engineering and Design, 15, p.311 - 324, 1992/00
被引用回数：8 パーセンタイル：61.66(Nuclear Science & Technology)トカマクにおける粒子閉じ込め時間の実験的測定についてレビューする。グローバルな粒子閉じ込めは、プラズマ境界付近で循環している粒子束で主に決まっている。この循環粒子束は、H
線強度を計測することから見積もることができる。グローバルな粒子閉じ込め時間は、小型トカマクでは線平均電子密度にほぼ比例するが、一方、大型トカマクでは電子密度とともに減少する。これは装置が大型化するにつれて、循環粒子がますますプラズマ境界に局在化するためである。粒子閉じ込め時間はエネルギー閉じ込め時間と同様に、加熱パワーとともに減少する。イオン種依存性などの他のパラメータ依存性は明らかにされていない。従って、トカマク炉を設計するための粒子閉じ込めに関するデータベースは不足している。
荘司 昭朗; 玉井 広史; 三浦 幸俊; 森 雅博; 小川 宏明; A.W.Leonard*; T.Jensen*; A.W.Hyatt*; A.M.Howald*; Fuchs, G.*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 196-198, p.296 - 300, 1992/00
被引用回数：36 パーセンタイル：93.41(Materials Science, Multidisciplinary)JFT-2Mでは、外部コイル(EML)からヘリカル磁場成分を加えることにより、プラズマ閉じ込めを改善する実験を行っている。これまで比較的広いモードスペクトラムを持つEMLコイルにより、Hモード時の密度上昇の抑制等を行うことができている。さらに最近、よりシャープなモードスペクトルを持つEMLコイルを設置し、閉じ込めの制御に最適な磁場構造を明らかにする実験を行っており、それらの結果について報告する。
