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論文

Magnetic excitations in the orbital disordered phase of MnV$$_2$$O$$_4$$

松浦 慧介*; 佐賀山 基*; 上原 周*; 新居 陽一*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; Ji, S.*; 阿部 伸行*; 有馬 孝尚*

Physica B; Condensed Matter, 536, p.372 - 376, 2018/05

 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

We have investigated the temperature dependence of magnetic dynamics in a spinel-type vanadium oxide MnV$$_2$$O$$_4$$ by inelastic neutron scattering. The scattering intensity of excitation around 20 meV disappears in the collinear intermediate-temperature cubic-ferrimagnetic phase, which reveals that this excitation should be peculiar to the orbital ordered phase. We have found a weakly dispersive mode emergent from a non-integer wavevector $$(1.4,1.4,0)$$ at 56 K, which lies in the cubic-ferrimagnetic phase between non-coplanar ferrimagnetic and paramagnetic phases. This indicates that the probable presence of an incommensurate instability in the simple collinear structure.

論文

Spin-orbital correlated dynamics in the spinel-type vanadium oxide MnV$$_{2}$$O$$_{4}$$

松浦 慧介*; 佐賀山 基*; 上原 周*; 新居 陽一*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; Ji, S.*; 阿部 伸行*; 有馬 孝尚*

Physical Review Letters, 119(1), p.017201_1 - 017201_6, 2017/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:40.38(Physics, Multidisciplinary)

We investigate the magnetic dynamics in the spinel-type vanadium oxide MnV$$_2$$O$$_4$$. Inelastic neutron scattering around 10 meV and a Heisenberg model analysis have revealed that V$$^{3+}$$ spin-wave modes exist at a lower-energy region than previously reported. The scattering around 20 meV cannot be reproduced with the spin-wave analysis. We propose that this scattering could originate from the spin-orbital coupled excitation. This scattering is most likely attributable to V$$^{3+}$$ spin-wave modes, entangled with the orbital hybridization between $$t_{2g}$$ orbitals.

報告書

Momentum transfer during Landau damping and radio frequency current drive

上原 和也

JAEA-Research 2009-049, 11 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-049.pdf:3.64MB

高周波によって駆動される電流駆動はランダウ減衰の過程を通して波から共鳴粒子に運動量が変換されるものと見なすことができる。従来の電流駆動理論は、準線形拡散から、多くの振動を平均したFokker-Planck方程式に基づいて分布関数のずれを求めたもので、運動量変換については触れられていなかった。本論文では、運動量の変換をよく知られたランダウ減衰のモデルによって評価し、電子に働く等価的な力による電子の加速と粒子間の衝突との競合から電流値を定式化した。電流を生じる変形された分布関数も簡単な衝突項を含んだボルツマン方程式から定式化している。

報告書

Die AMEMIYA-Sonde; Theoretischer Hitergrund

Belitz, H. J.*; Althausen, B.*; 上原 和也; 雨宮 宏*

JAEA-Research 2009-048, 21 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-048.pdf:4.87MB

本プローブはトカマク周辺プラズマ(SOL)の正イオンの温度を測定するために開発されたものである。周辺プラズマではイオン温度は通常電子温度より高いのでプローブ前面のプリシースを考慮する必要がなくイオンはプローブに熱速度で到来すると考えてよい。プローブは円筒型で軸は磁場に平行に置くものとする。重要なパラメータはプローブの長さLと半径aの比L/aと半径と($$pi$$/4)$$^{1/2}$$$$<$$$$rho$$$$>$$ ($$<$$$$rho$$$$>$$:イオンの平均ラーマ半径)の比$$kappa$$である。円筒の側面,端面へのイオン電流強度は二重積分で表され$$kappa$$の大きい場合には解析的な表式で表される。2本の異なる長さの円筒電極を磁場に平行に置く時互いの電流差から$$kappa$$が得られそこからイオン温度が決定される。終わりにJFT-2MとTextorトカマクへの幾つかの適用例について示す。

報告書

Parameter dependence on the lower hybrid driven current in tokamaks

上原 和也; 永島 孝*

JAEA-Research 2008-051, 20 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-051.pdf:6.3MB
JAEA-Research-2008-051(errata).pdf:0.14MB

トカマクにおける低域混成波による電流駆動の最適な駆動効率と径方向の駆動電流分布を、波の屈折率として色々なガウス型のn$$_{rm z}$$スペクトル(=exp(-(n$$_{rm z}$$-n$$_{rm zc}$$)$$^{2}$$/h$$_{rm z}$$))を仮定して、修正された準線形理論と簡単なrf減衰モデルを用いて評価した。評価に用いた修正された準線形理論は実験的に得られている駆動電流と矛盾しないように、モード変換と近接性及びパラメトリック不安定性によるパワー吸収離脱を考慮したものである。さらに、実験と合うように駆動効率を新たに定義し、パワー密度に依存するギャップパラメーターをスペクトルギャップを埋めるために導入している。JT-60のパラメーターに対して計算した結果、最適な低域混成波のn$$_{rm z}$$スペクトルの中心値n$$_{rm zc}$$は電子温度が高い時は近接性を乱さない程度の小さな値であり、最適な駆動効率はプラズマの電子温度に依存し、密度が高い領域では印加可周波数を高くする必要があることを明らかにした。さらに次期装置のITERで電流駆動を行った場合も評価した。結果、従来の計算よりも多くの駆動電流とそれほど中空でない電流分布が得られた。

論文

In search of zonal flows by using direct density fluctuation measurements

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 矢木 雅敏*; 星野 克道; 篠原 孝司; 江尻 晶*; 高瀬 雄一*; 井戸 毅*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 49(10), p.1611 - 1625, 2007/10

 被引用回数:39 パーセンタイル:14.82(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクプラズマ中に存在するドリフト波乱流が帯状流により変調されるとドリフト波の包絡線の振動数は帯状流の振動数付近でスペクトルピークを持つことがわかった。これを利用した帯状流の探索についてJFT-2Mにおける静電プローブの実験データに基づき検討した。その結果将来の燃焼プラズマにもマイクロ波反射計などを用いればプラズマ内部の帯状流探索ができる可能性があることを示した。

論文

Measurement and analysis of the fluctuations and poloidal flow on JFT-2M tokamak

星野 克道; 井戸 毅*; 永島 芳彦*; 篠原 孝司; 小川 宏明; 神谷 健作; 川島 寿人; 都筑 和泰*; 草間 義紀; 大麻 和美; et al.

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

JFT-2Mトカマクでのプラズマポテンシャルや密度の揺動とポロイダル流の研究について発表する。測地的音波モード(GAM)を同定し、その電場構造を明らかにした。GAMは背景乱流と3波相互作用をし、ドリフト波-帯状流理論と整合することを明らかにした。さらにGAMは背景密度揺動を変調し、揺動抑制は流速の方向や勾配に依存するという動的性質をもち理論と整合する。Hモード中は負電場が形成され、乱流の抑制によるGAMの消滅がある。周辺輸送障壁に帯状流があるかどうかは興味深い。そこで、Hモード中の低周波ポテンシャル揺動に着目しウェーブレット解析を行い、ごく低周波(数百Hz)領域にLモード時やELM時に消滅する特徴的ポテンシャル揺動を見いだした。ポロイダル流と揺動の抑制は強く関係するが、Hモードの径電場は、GAM径電場の約20倍程度でありポロイダル流も強い。定常帯状流はGAMと異なり、周波数がゼロで揺動観測にかからないはずであるが、ポテンシャル構造の不均一性がある場合は流速から、その周波数は数百Hzと近い。この低周波静電揺動が径電場流や帯状流に由来する可能性があると考えられる。

論文

Compatibility of reduced activation ferritic steel wall with high performance plasma on JFT-2M

都筑 和泰; 神谷 健作; 篠原 孝司; Bakhtiari, M.*; 小川 宏明; 栗田 源一; 武智 学; 河西 敏; 佐藤 正泰; 川島 寿人; et al.

Nuclear Fusion, 46(11), p.966 - 971, 2006/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:46.35(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは、発電実証炉のブランケット構造材の有力候補である低放射化フェライト鋼のプラズマへの適用性を調べる「先進材料プラズマ試験」を段階的に進めてきた。核融合原型炉では壁安定化効果を利用して規格化ベータ3.5$$sim$$5.5程度のプラズマを生成することが想定されているため、フェライト鋼のような強磁性体壁をプラズマに近づけた時のMHD安定化への影響を評価することは応用上重要である。そこで、壁とプラズマとの距離を変え、安定化効果を調べる実験を行った。まずプラズマの位置,圧力をより正確に評価するための平衡計算コードの改良を行った。改良後のコードを実験と比較し、良い一致が見られた。そのうえでプラズマを壁に近づける実験を行い、プラズマ小半径で規格化した壁との距離が1.3程度の範囲までフェライト鋼壁と高規格化ベータプラズマが共存し得ることを実証した。また、壁との距離以外の条件が共通しているデータセットを抽出し、壁に近い配位の方が(1)$$beta$$限界が上昇する,(2)コラプスに至る時定数が長くなるなど、壁安定化効果の存在を示唆するデータが得られた。

論文

Experimental study of nonlinear processes in edge turbulence of toroidal plasmas

永島 芳彦*; 星野 克道; 永岡 賢一*; 篠原 孝司; 藤澤 彰英*; 上原 和也; 草間 義紀; 居田 克巳*; 吉村 泰夫*; 岡村 昇一*; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 1(9), p.041_1 - 041_15, 2006/09

トロイダルプラズマ周辺での乱流揺動とメソスケール構造との間の非線形過程をバイスペクトル解析により調べた。JFT-2Mでは、リミター配位のみならず、ダイバータ配位についても解析し、ポテンシャル揺動のバイスペクトル関数の強度と位相は、ドリフト波-帯状流系の解析と整合することがわかった。CHS装置においては、Hモードの周辺プラズマについて調べ、重水素線強度の減少の以前(約30ms)から周辺ポテンシャルが減少すること,周辺部揺動は、低周波のMHD揺動,ドリフト波様の広帯域静電揺動、及び高周波の電磁揺動より構成されていることを見いだした。これらの間の非線形結合について解析を行い、コヒーレントMHD揺動と広帯域静電揺動及び高周波電磁揺動の非線形結合を初めて見いだした。

論文

Direct identification of magnetic surface by a differential double probe in JFT-2M

上原 和也; 都筑 和泰; 雨宮 宏*; 永島 芳彦*; 星野 克道; 定本 嘉郎*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 45(24), p.L630 - L633, 2006/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:84.58(Physics, Applied)

トカマクの磁気面位置を検知したデータが示される。バイアス電圧をかけられた段差のある2つのダブルプローブで、磁気面位置を移動させた時に、2つのダブルプローブの電流の差を読み取るとセパラトリックスの位置で変化が生じる。この値から、セパラトリックスの位置が推定され、磁気面コードとの違いを評価した。この値は同じプローブで測定した浮遊電位の揺動の相関とも比較され良い一致を示した。同時に、このプローブでイオン温度を測定した。

論文

Observation of coherent bicoherence and biphase in potential fluctuations around geodesic acoustic mode frequency on JFT-2M

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 星野 克道; 藤澤 彰英*; 江尻 晶*; 高瀬 雄一*; 矢木 雅敏*; 篠原 孝司; 上原 和也; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A377 - A386, 2006/05

 被引用回数:20 パーセンタイル:35.78(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2M周辺部で観測された低周波(1kHz),高周波(10-15kHz)、及び背景乱流の電位揺動に関するバイスペクトル解析と包絡線の変調解析について発表する。低周波揺動,高周波揺動はそれぞれ低周波帯状流と測地音波モードと推定している。高周波揺動のみならず低周波揺動も背景乱流と三波相互作用していることをバイコヒーレンス(非線形結合度),バイフェーズ,包絡線変調関係から明示できた。見かけ上、高周波揺動の低周波揺動による振幅変調が示唆されたが、両者間のバイコヒーレンスは小さく、変調関係が結論づけられないことが判明した。すなわち、非線形相互作用は、帯状流-帯状流系に対しては存在しないか、存在しても線形であるという描像が推定される。顕著な非線形相互作用は、乱流-帯状流系に対してのみ起きていることを明らかにした。

論文

Bispectral analysis applied to coherent floating potential fluctuations obtained in the edge plasmas on JFT-2M

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 星野 克道; 高瀬 雄一*; 矢木 雅敏*; 江尻 晶*; 居田 克巳*; 篠原 孝司; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(4), p.S1 - S15, 2006/04

 被引用回数:29 パーセンタイル:23.97(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mトカマクのオーミック加熱プラズマの浮遊ポテンシャル揺動にバイスぺクトル解析を適用した結果について述べる。最外殻磁気面の内側で浮遊電位揺動中に帯状流の一種と考えられている測地的音波の周波数を持つコヒーレントなモードが観測された。二乗バイコヒーレンスの計算によりそのコヒーレントな揺動と背景揺動(ドリフト波乱流揺動を含むと推定)の間に有意な非線形結合が示された。全バイコヒーレンスは、コヒーレントなモードの振幅の2乗に比例していること、及びコヒーレントなモードは一定値$$pi$$のバイフェイズを持つことなどの測定結果は、長谷川-三間モデルによるドリフト波-帯状流系の理論的予測と整合することがわかった。

論文

Convergence study of bispectral analysis in experiments of high temperature plasmas

永島 芳彦*; 伊藤 早苗*; 矢木 雅敏*; 伊藤 公孝*; 藤澤 彰英*; 星野 克道; 篠原 孝司; 上原 和也; 草間 義紀; 江尻 晶*; et al.

Review of Scientific Instruments, 77(4), p.045110_1 - 045110_6, 2006/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:45.62(Instruments & Instrumentation)

トロイダルプラズマの非線形揺動解析の指標であるバイスペクトルの収束に関する研究である。収束性の理論的検討を行った。そして、現実のJFT-2Mトカマクプラズマのドリフト波揺動や帯状流を示す揺動の全二乗バイコヒーレンスやバイスペクトルの収束性は理論と傾向が一致すること、また収束するのに必要な実現サンプル数はかなり多くないといけないことを(JFT-2Mトカマクの実験データでは約1000弱)初めて明らかにした。以上のように今後の揺動解析を基礎付ける成果を得た。

報告書

Current profiles and major disruptions in a lower-hybrid current drive tokamak

上原 和也; 永島 孝*

JAEA-Research 2006-002, 15 Pages, 2006/02

JAEA-Research-2006-002.pdf:0.69MB

低域混成波による電流駆動トカマクにおける電流分布が色々なrfスペクトルの場合に計算され、メジャーディスラプションとの関連が議論されている。電流分布はrfスペクトルでガウス型のものが用いられ、準線形理論を用いて評価されている。メジャーディスラプションはテアリング不安定性の2つの磁気島が接触する際に起こるという基準が適用されていて、どのような電流分布がディスラプションに対して安定となるかが求められている。計算はJT-60における、低域混成波による電流駆動でメジャーディスラプションの回避に向けて、位相速度の実時間制御によって電流分布を制御する実験を想定して行われている。

論文

Plasma diagnostics in JFT-2M

河西 敏*; 神谷 健作; 篠原 孝司; 川島 寿人; 小川 宏明; 上原 和也; 三浦 幸俊; 岡野 文範; 鈴木 貞明; 星野 克道; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.225 - 240, 2006/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:71.31(Nuclear Science & Technology)

約30台の計測装置から構成されているJFT-2Mの計測診断システムは、プラズマ生成,制御,平衡,安定性,閉込め,NBIやRF(LH, ICRF, ECH)による加熱,RFによる電流駆動の研究に使用されてきた。このうち、運動シュタルク効果を利用した偏光計,荷電交換反応分光器,重イオンビームプローブ,飛行時間測定法による中性粒子測定器等は、Hモード,高リサイクリング定常(HRS)Hモードの閉込め改善機構の解明や運転領域の探求に貢献した。赤外テレビカメラ,損失イオンプローブは、リップル損失粒子による壁への熱負荷,主プラズマからの損失するイオンに関する研究でそれぞれ重要な役割を果たした。この論文は、これらの計測機器についてレビューしたものである。

論文

Study of SOL/divertor plasmas in JFT-2M

川島 寿人; 仙石 盛夫; 上原 和也; 玉井 広史; 荘司 昭朗*; 小川 宏明; 柴田 孝俊; 山本 正弘*; 三浦 幸俊; 草間 義紀; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.168 - 186, 2006/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.58(Nuclear Science & Technology)

JFT-2Mトカマクでは、SOL/ダイバータプラズマの物理を理解し、熱・粒子を能動的に制御するための実験研究を進めてきた。1984年のJFT-2M実験開始後10年間は開ダイバータ形状で、ダイバータプラズマの内外非対称性,熱・粒子の輸送,ELM中のSOL電流特性等が明らかとなり物理的理解を進めた。局所排気,境界摂動磁場印加,ダイバータバイアス,周辺加熱などの先進的手法を取り入れ、熱・粒子を能動的に制御できることを実証した。ダイバータでの熱・粒子独立制御性向上を目指し、1995年に熱・粒子束流を考慮しながらダイバータ開口部を狭める閉ダイバータ化を実施した。ダイバータ部から主プラズマ周辺への中性粒子の逆流を抑える遮蔽効果が有効に機能し、主プラズマの高閉じ込め状態を劣化させることなく、ダイバータ板熱負荷を低減するための強力ガスパフが可能となり、n$$_{e}$$$$^{div}$$=4$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$, T$$_{e}$$$$^{div}$$=4eVまでの低温高密度ダイバータプラズマを実現することができた。また、高閉じ込めモード中、周辺プラズマにおいて特有の揺動が現れることがわかり、閉じ込めとの関係が示唆された。本論文はこれらの成果のレビューである。

論文

Characteristics of plasma operation with the ferritic inside wall and its compatibility with high-performance plasmas in JFT-2M

都筑 和泰*; 木村 晴行; 草間 義紀; 佐藤 正泰; 川島 寿人; 神谷 健作; 篠原 孝司; 小川 宏明; 上原 和也; 栗田 源一; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.197 - 208, 2006/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:31.91(Nuclear Science & Technology)

低放射化フェライト鋼は核融合原型炉のブランケット構造材の有力候補である。しかし、強磁性体であるため、プラズマの生成,制御,閉じ込め,安定性等に悪影響を与えることが懸念されていた。また、酸素不純物の吸蔵量が大きいことから、プラズマ中に不純物を放出することも懸念された。JFT-2Mでは段階的にフェライト鋼を導入して適合性試験を進めた。その最終段階では、真空容器内壁の全面にフェライト鋼を設置して実験を行った。プラズマ生成,制御に関しては、フェライト鋼によって生成される磁場が、外部磁場の10%程度であり、トカマクプラズマが既存の制御系で生成可能であることを示した。また、高規格化ベータプラズマに対する適合性を調べる実験を行い、フェライト鋼壁の存在下でも原型炉の運転領域に相当する規格化ベータ3.5程度のプラズマが生成できることを実証した。壁に近づけると不安定性の成長速度が遅くなることを示し、フェライト鋼壁が非磁性導体壁と同様の壁安定化効果を持つことを示した。低ベータでのロックトモード,Hモード遷移等にも悪影響は観測されなかった。以上のように、フェライト鋼の原型炉への適用に対し見通しを与える結果が得られた。

論文

Reduced divertor heat loads, plasma shape effects, and radial electric field structures in JFT-2M HRS H-mode plasmas

神谷 健作; 川島 寿人; 井戸 毅*; 大山 直幸; Bakhtiari, M.*; 河西 敏; 草間 義紀; 三浦 幸俊; 小川 宏明; 都筑 和泰; et al.

Nuclear Fusion, 46(2), p.272 - 276, 2006/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:86.65(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは今回プラズマ周辺部のパラメータを詳細に調べ、HRS Hモードの運転領域をペデスタルパラメータの観点から調べた。HRS Hモードはプラズマ周辺部のパラメータが高密度・低温状態で観測され易く、低密度・高温状態では大振幅のELMが発生した。密度,温度、及び安全係数をスキャンした結果、プラズマ周辺部の規格化衝突周波数が運転領域を決定する重要なパラメータの一つであることが示唆され、ELMy/HRS運転領域境界は規格化衝突周波数が1付近に存在することがわかった。

論文

Method for detection of separatrix surface using differential double probe

雨宮 宏*; 上原 和也

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 45(1A), p.247 - 249, 2006/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:80.04(Physics, Applied)

トカマクの磁気面は磁気プローブの信号をもとにして平衡コードを用いた計算で推定されるが、その絶対位置については不明である。これを求めるために径方向に段差のついた2組のダブルプローブシステムに正負のバイアスをかけ、プラズマを動かしてプローブがセパラトリックス表面を横切った時に、ダブルプローブのイオン飽和電流値の増加が現われることに注目して、これを差動増幅器で精密に測定して評価した。さらに、得られる電流値はイオン温度の情報を有していることも示した。

論文

Observation of nonlinear processes between coherent fluctuations and turbulent fluctuations in the edge regions of JFT-2M and CHS

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 星野 克道; 永岡 賢一*; 江尻 晶*; 高瀬 雄一*; 矢木 雅敏*; 篠原 孝司; et al.

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00

JFT-2MトカマクとCHS装置でのプラズマ乱流の非線形過程についての解析結果を報告する。いずれの装置でも、揺動測定は、静電プローブで行い、測定データをバイスペクトル解析で調べた。JFT-2Mのジュールプラズマのポテンシャルのデータ解析から得られた、測地的音波モードと乱流揺動の三波相互作用によるバイコヒーレンスとバイフェイズは、帯状流とドリフト波の相互作用の理論モデルから得られる値と一致することがわかり、観測された揺動の解析から明らかになった非線形相互作用は、この帯状流とドリフト波の相互作用によるものと推定される。また、CHSプラズマのHモード中の揺動解析から、特徴的に見られるMHD磁場揺動と密度乱流揺動に顕著な非線形相互作用を観測した。この密度揺動とポテンシャル揺動の相互バイスペクトラムから、揺動粒子束とMHD揺動は関連を持つことを明らかにした。以上のように両装置の揺動データ解析により、周辺プラズマの非線形過程の解明を進めた。

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