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柴田 欣秀; 諫山 明彦; 宮本 斉児*; 河上 翔*; 渡邊 清政*; 松永 剛; 河野 康則; Lukash, V.*; Khayrutdinov, R.*; JT-60チーム
Plasma Physics and Controlled Fusion, 56(4), p.045008_1 - 045008_8, 2014/04
被引用回数：3 パーセンタイル：14.77(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uのディスラプションにおいて、電流クエンチ初期のプラズマ電流の減衰をディスラプションシミュレーションコード(DINA)と計測された電子温度分布を用いて計算した。電流減衰時間が短い放電では、熱クエンチ直後の電子温度分布は既にピークしており、電流クエンチ中にあまり変化しなかった。一方、電流減衰時間が長い放電では、熱クエンチ直後の電子温度分布は電流減衰時間が短い放電に比べて広がりを持っており、電流クエンチ中に電子温度分布の収縮が観測された。そのような放電では、プラズマ外部インダクタンスはほとんど変化しないが、プラズマ内部インダクタンスの増加がDINAコードの計算でも観測された。一連の計算により、プラズマ内部インダクタンスの増加は、周辺領域の電子温度が減少し、プラズマ中心に電流が拡散することにより発生していることが分かった。また、本研究ではDINAコードを用いることにより、プラズマ周辺部の電子温度の加熱を用いることによりプラズマ電流の減衰時間を長くする方法を提案した。
河上 翔*; 柴田 欣秀; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 滝塚 知典*; 河野 康則; 岡本 征晃*
Physics of Plasmas, 20(11), p.112507_1 - 112507_6, 2013/11
被引用回数：2 パーセンタイル：8.68(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uでは、ネオンガスパフディスラプションの電流クエンチの初期フェイズにおけるプラズマ電流減衰時間は、内部インダクタンスの増加率によって大きく影響されることが分かっていた。このフェイズにおいて内部インダクタンスが増加する理由を調べるために、電子温度(抵抗率)分布と電流密度分布の時間変化に着目し、数値計算を実施した。その結果、内部インダクタンスが増加する理由を解明した。電流クエンチ開始直後の電流密度分布は、数値計算で得られる定常状態での電流密度分布より広い分布をしており、電流密度分布はその後中心ピークした形へ変化していき、それに伴い内部インダクタンスが増加することを明らかにした。
柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 大山 直幸; 仲野 友英; 河野 康則; 松永 剛; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 6, p.1302136_1 - 1302136_4, 2011/10
トカマクで発生するディスラプション時の電流減衰時間のモデルとして、プラズマインダクタンス
とプラズマ抵抗
のみで電流減衰時間を表現する
モデルがその簡便さから使用されている。しかし、過去の著者らの研究において、(1)JT-60Uの密度限界ディスラプションでは電流減衰初期のプラズマインダクタンスの時間変化が電流減衰時間に大きく影響を与えているためモデルは実験結果を再現することができないこと、及び(2)プラズマインダクタンスの時間変化を考慮した「改良モデル」を用いることにより実験結果が再現できることがわかった。また、今回、このモデルの適用範囲が拡大できるか明らかにするため、別の原因で発生したディスラプションに対してモデルの検証を行った。対象としてはJT-60Uで発生した高
ディスラプションのデータを用いた。その結果、前回同様、プラズマインダクタンスの時間変化を考慮することにより実験での電流減衰時間とモデルによる予測値がよく一致することがわかった。このことは、ディスラプションの発生原因が異なる場合でもプラズマインダクタンスの時間変化を考慮した改良電流減衰モデルで電流減衰時間が記述できることを示している。
関 良輔*; 松本 裕*; 鈴木 康浩*; 渡邊 清政*; 濱松 清隆; 板垣 正文*
Plasma and Fusion Research (Internet), 5, p.014_1 - 014_3, 2010/06
大型ヘリカル装置における高ベータプラズマを対象に、垂直方向への中性粒子入射によって生成される高速イオンの挙動を、モンテカルロ法によるクーロン衝突を模擬するドリフト軌道追跡法を用いて研究を行った。従来の数値解析では最外郭磁気面の外側での軌道追跡が行えないため、イオンが最外郭磁気面を横切るときにイオンは損失すると仮定していた。本研究では、最外郭磁気面の外側での軌道追跡を可能にし真空容器壁に到達したときにイオンが損失するとした。その結果、プラズマ領域から最外郭磁気面を横切って真空領域に出たイオンの中で、再び最外郭磁気面を横切ってプラズマ領域に戻るイオンの割合が大きく、イオンの閉込めが大きく改善されることを示した。
諫山 明彦; 榊原 悟*; 古川 勝*; 松永 剛; 山崎 耕造*; 渡邊 清政*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; 田村 直樹*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 86(6), p.374 - 377, 2010/06
この会合報告は、2010年春に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"MHD安定性", "輸送と閉じ込め物理", "統合運転シナリオ", "ペデスタル物理"及び"高エネルギー粒子物理"の計5グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。
柴田 欣秀*; 渡邊 清政*; 岡本 征晃*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 栗原 研一; 仲野 友英; 大山 直幸; 河野 康則; 松永 剛; et al.
Nuclear Fusion, 50(2), p.025015_1 - 025015_7, 2010/01
被引用回数：17 パーセンタイル：53.50(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uのディスラプション時のプラズマ電流の減衰時間を計測データ及び平衡解析から得られた値を用いて詳細に評価した。まず、電子温度を電子サイクロトロン放射及びヘリウムI線強度比から独立に評価し、それぞれの値から得られたプラズマ抵抗値を
モデルに適用して電流減衰時間を算出した。その結果、実験での電流減衰時間が長い(
100ms)領域ではモデルから算出した電流減衰時間は実験値と同程度であるが、電流減衰時間が短くなるにつれモデルでの値が実験値よりも大きくなり、実験での電流減衰時間が10ms程度の領域ではモデルでの値は1桁程度大きく評価されることがわかった。次に、内部インダクタンスをCauchy Condition Surface法により評価するとともに、内部インダクタンスの時間変化を考慮するようにモデルを改良した。その結果、広い電流減衰時間の範囲(10100ms)に渡り実験値と近い値が得られ、内部インダクタンスの時間変化の効果が重要であることがわかった。
長壁 正樹*; 篠原 孝司; 東井 和夫*; 藤堂 泰*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 山本 聡*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 85(12), p.839 - 842, 2009/12
この会合報告は、2009年秋に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"高エネルギー粒子物理", "輸送と閉じこめ物理", "ペデスタル物理", "MHD安定性", "計測"、及び"統合運転シナリオ"の計6グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験結果報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。
井戸村 泰宏; 吉田 麻衣子; 矢木 雅敏*; 田中 謙治*; 林 伸彦; 坂本 宜照; 田村 直樹*; 大山 直幸; 浦野 創; 相羽 信行; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 84(12), p.952 - 955, 2008/12
2008年の秋季に、ITPAに関する6つの会合(「輸送と閉込め物理」,「周辺及びペデスタル物理」,「MHD安定性」,「統合運転シナリオ」,「高エネルギー粒子物理」,「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」)が開催された。前回までのグループが再編成されグループ名も改称されるとともに、新議長,新副議長が就任し、各国の委員も更新された。各会合の詳細と次回会合の予定(開催日程,場所)等を報告する。
本島 修*; 山田 弘司*; 小森 彰夫*; 大藪 修義*; 武藤 敬*; 金子 修*; 川端 一男*; 三戸 利行*; 居田 克巳*; 今川 信作*; et al.
Nuclear Fusion, 47(10), p.S668 - S676, 2007/10
被引用回数：35 パーセンタイル：73.84(Physics, Fluids & Plasmas)大型ヘリカル装置(LHD)では、加熱パワーの増大及び粒子の排気/供給能力の向上に加え、革新的な運転シナリオの発見により、無電流ヘリオトロンプラズマの性能を改善することに成功した。その結果、特に、高密度,長時間運転,高ベータに関して運転領域を拡大することに成功した。LHDにおける多様な研究の結果、無電流ヘリオトロンプラズマの特長が明らかになった。特に、ローカルアイランドダイバータによる排気とペレット入射によるプラズマ中心部への粒子供給を組合せることにより内部拡散障壁(IDB)を形成し、5
10
m
という超高密度のプラズマが得られた。4.5%の体積平均ベータ値や、54分間の放電時間(総入力エネルギー: 1.6GJ、平均入力パワー: 490kW)を達成することにも成功した。本論文では、IDB, 高ベータプラズマ, 長時間運転に関する最近2年間の成果を概括する。
小関 隆久; 渡邊 清政*
プラズマ・核融合学会誌, 83(5), p.446 - 452, 2007/05
高効率の定常核融合炉を目指すには、磁場に対するプラズマ圧力の比であるベータ値を高めることが不可欠であるが、ベータ値の上昇に伴い、圧力駆動型のMHD不安定性あるいは圧力上昇と結合した電流駆動型の不安定性が発生し、ベータ値上昇の制限やプラズマ崩壊を引き起こしている。トカマク型装置では、高ベータ化に伴い新古典テアリングモードや抵抗性壁モードの回避・抑制が直面する課題であるが、電子サイクロトロン波による電流駆動やプラズマ回転による制御の研究が精力的に行われて、抑制の手法が確立されつつあり、導体壁の安定化効果を期待した高ベータ化への展望が開けつつある。一方、ブートストラップ電流割合の増加により分布制御の自由度が低下するため、定常高ベータプラズマの安定化に向けて分布の最適化が課題となっている。ヘリカル装置による高ベータ実験において交換型MHDモードの発生が観測されたが、静的な共鳴磁場を用いた不安定性制御の有用性が示され、懸念されていた弱磁気シア/磁気井戸配位のモジュラー型でのバルーニングモードに対しては磁場配位制御が抑制に有効であることが検証されている。
本島 修*; 山田 弘司*; 小森 彰夫*; 大藪 修義*; 金子 修*; 川端 一男*; 三戸 利行*; 武藤 敬*; 居田 克巳*; 今川 信作*; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 12 Pages, 2007/03
大型ヘリカル装置(LHD)では、加熱パワーの増大及び粒子の排気/供給能力の向上と併せ、無電流ヘリオトロンプラズマの革新的な運転シナリオの開発を行った。その結果、高密度,長時間運転,高ベータに関して運転領域を拡大することに成功した。LHDにおける多様な研究の結果、無電流ヘリオトロンプラズマの特長が明らかになった。特に、ローカルアイランドダイバータによる排気とペレット入射によるプラズマ中心部への粒子供給を組合せることにより内部拡散障壁(IDB)を形成し、
mという超高密度のプラズマが得られた。この結果は魅力的な超高密度核融合炉へ道を開くものである。また、4.5%の体積平均ベータ値や、54分間(総入力エネルギー: 1.6GJ,平均パワー: 490kW)の放電維持時間を得ることにも成功した。本論文では、IDB,高ベータプラズマ,長時間運転に関する最近2年間の成果を概括する。
=2/1 rational surface during counter neutral beam injection in the large helical device諌山 明彦; 稲垣 滋*; 渡邊 清政*; 成嶋 吉朗*; 榊原 悟*; 舟場 久芳*; 居田 克巳*; 長山 好夫*; 山田 弘司*; 川端 一男*; et al.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(1), p.L45 - L55, 2006/04
被引用回数：12 パーセンタイル：38.70(Physics, Fluids & Plasmas)大型ヘリカル装置において、逆方向の中性粒子ビーム(counter-NB)入射時に 
の有理面に局在して現れる振動の構造を電子サイクロトロン放射(ECE)測定により測定した。ここで、
, 
はそれぞれポロイダルモード数,トロイダルモード数である。プラズマ圧力がほぼ一定のもとでプラズマ電流が逆方向に増加している場合は、プラズマ電流の大きさが大きいところで現れた(
20kA/T)。NBの入射方向をco方向からcounter方向又はその逆に切り替えた場合、振動は前者の場合のみ現れた。これらの結果はプラズマ電流の分布と強度が振動の発生に関係していることを示唆している。VMECコードを用いたメルシエ安定性に関する解析の結果、電流分布が平坦又は凹状の場合、プラズマ電流が負方向に大きくなるほど交換型不安定性に対し不安定になり、実験結果と同じ傾向を示すことが明らかになった。また、ECE測定による電子温度揺動分布から評価した変位分布は3次元理想MHD安定性解析コードTERPSICHOREの結果とよく合うことが明らかになった。
居田 克巳*; 藤田 隆明; 福田 武司*; 坂本 宜照; 井手 俊介; 東井 和夫*; 稲垣 滋*; 下妻 隆*; 久保 伸*; 出射 浩*; et al.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(5A), p.A45 - A50, 2004/05
被引用回数：19 パーセンタイル：52.43(Physics, Fluids & Plasmas)LHDプラズマとJT-60Uプラズマでは低密度プラズマにECHの追加熱を行うと、中心電子温度が上昇し電子系の内部輸送障壁が形成され、電子温度勾配が大きくなる。プラズマの主半径を温度勾配のスケール長で割った値(R/LTe)が電子温度勾配モデルから想定される一つの指標として用いられている。密度で規格化したECHのパワーによってこのR/LTeがどのように変化するかを調べた。LHDプラズマでは、あるパワーにてR/LTeが急激に増大し、内部輸送障壁形成に必要なECHパワーのしきい値の存在を示しているのに対し、JT-60Uのプラズマでははっきりしたしきい値が観測されなかった。この違いは輸送障壁形成機構の違いを示していると考えられる。一方、輸送障壁形成時の電子温度分布にも、LHDプラズマとJT-60Uプラズマで差が観測されている。JT-60Uプラズマでは輸送障壁が形成されるにつれて、プラズマの中心部の温度に平坦化が見られるが、LHDプラズマでは平坦化が観測されていない。これは回転変換分布(q分布)の違いが原因と考えられる。
during counter NB諫山 明彦; 大山 直幸; 藤田 隆明; 稲垣 滋*; 渡邊 清政*; 東井 和夫*
Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2003 - March 2004, P. 23, 2003/10
一般にヘリカル系ではプラズマ電流がトロイダル磁場と逆方向に増加するとメルシエ安定性が増加すると考えられている。しかし、LHD実験において逆方向NB入射で負方向のプラズマ電流が大きいとき、に局在した不安定性が観測された。この不安定性の特性を明らかにするため、NB入射方向の切替や密度スキャンの実験および計算コードによる安定性解析を行い、以下の結果が得られた。(a)NBを逆方向から順方向に切り替えた場合、プラズマ電流が負に大きい場合でも不安定性は現れなかったが、順方向から逆方向に切り替えると、逆方向NB入射後数100ms後に不安定性が現れた。このことは、不安定性の発生原因がプラズマ電流の値ではなく逆方向NB入射であることを示唆している。(b)不安定性は、正弦波状振動,鋸歯状振動、両者が混合した振動に大別できる。正弦波状振動はより高い密度領域(
m)で現れ、鋸歯状振動は低密度領域(
m)で現れる。(c)この不安定性は低磁場領域(
T)でも現れた。不安定性の周波数は1-2kHzでに局在していて、
Tの場合と同様の特性を示す。(d)実験時の分布を用いてメルシエ安定性の解析を行った結果、一般的に考えられているように負方向に電流が増加するほど安定性が向上することがわかった。
嶋田 祥宏*; 柴田 欣秀; 中村 裕司*; 渡邊 清政*; 河上 翔*; 宮本 斉児; 諫山 明彦; 松永 剛; 杉原 正芳*
no journal, ,
JT-60Uの高自発電流割合プラズマ放電ではマイナーコラプスという、ディスラプションまでは至らないがプラズマの閉じ込めが一時的に悪くなる現象が多く観測されている。この現象は一旦電流が減少し始めると放電停止まで電流が減衰するメジャーディスラプションとは振る舞いが異なるため、ディスラプション制御の観点から大変興味深い。そこで本研究では、プラズマの時間発展を含むMHD平衡計算コードDINAを用いて、マイナーコラプス時にプラズマ電流の減衰が止まり、そこから反転してプラズマ電流の上昇が起こるメカニズムの解明を目的としている。JT-60Uではプラズマ電流が減衰する過程で、プラズマ電流の減少を防ぐために周回電圧を印加する制御を行っている。そこでJT-60Uのオーミック(F)コイルの電流値を外部から入力できるようにDINAコードの改良を行い、周回電圧の効果を調べた。その結果、周回電圧はプラズマ電流の増加につながっているが実験の電流の増加は再現できず、この現象は他の影響によるものと考えられる。また、マイナーコラプス発生直後の電流減衰においては、電流密度分布の変化が電流減衰に与える影響が大きいことは過去の研究で判明している。そこで本発表では電子温度分布の時間発展と電流密度分布の時間変化の関係性、またそれらが電流の時間発展に与えている影響について調べた。
畠山 昭一*; 筒井 広明*; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*; 柴田 欣秀; 大野 哲靖*; 秋山 毅志*; 鈴木 康浩*; 渡邊 清政*
no journal, ,
縦長断面トカマクは閉じ込めがよく高ベータ化に有利であるものの垂直方向に不安定な配位である。特にディスラプション中には垂直移動現象(VDE)が発生し、第一壁損傷の原因となる。われわれはVDE抑制のための非軸対称なサドル形状コイルを提案した。本発表では、原理実証のために設計・製作中の縦長断面な小型トカマク装置について報告する。設計ではまずトロイダル磁場のリップル低減のためにトロイダル磁場コイルの形状、配置を調整した。リップルは閉じ込めを劣化させるので、低リップル領域がプラズマの横幅を規定する。磁性体である加熱・電流駆動用の鉄芯を含んだ磁場の有限要素法解析を行った。本装置ではプラズマサイズを優先し、リップル率2%以下の領域をプラズマ生成領域とした。次にプラズマの非円形度を1.8とし、リップル率から決まる横幅と合わせて、縦長な矩形断面真空容器の寸法を決定した。垂直磁場コイルの位置は、計測ポートへのアクセスがよく、プラズマの縦長化に必要なコイル電流値を小さくするように決定した。垂直位置安定性の指標であるn-indexも計算し、位置制御性の良い円形断面プラズマでの着火電流立ち上げも成立することを確認した。
渡邊 清政; 原 雄二郎*; 柴田 欣秀; 嶋田 祥宏*; 中村 裕司*; 諫山 明彦; 宮本 斉児*
no journal, ,
プラズマ電流分布の時間発展特性がディスラプション時に発生するVDEの成長率及びVDE発生時の電流減衰時間の決定機構に与える影響を明らかにすることを目的として、初期平衡や電流クエンチ時の抵抗値の大きさ、その分布を通した電流分布の時間発展特性の違いによるVDEの成長率及びVDE発生時の電流減衰時間の違いを調べた。VDEが発生する放電では、VDE時の平均電流密度がほぼ一定で、プラズマ電流の減衰率はVDEの成長率に強く依存するが、この性質は初期電流分布の違いや抵抗の大きさ、その分布の変化による電流分布の時間発展特性の違いに関わらず、維持されることが解った。また、初期電流分布がピークしているほど、VDE成長率は小さい。抵抗が下がる(温度が上がる)ほど、VDE成長率は小さい。抵抗値が空間分布を持つ(中心ホロー分布を持つ)と、VDE成長率は小さくなることも解った。
柴田 欣秀; 松永 剛; 榊原 悟*; 河野 康則; 諫山 明彦; 渡邊 清政
no journal, ,
トカマク装置ではディスラプション発生時に装置に損傷を与える可能性があるため、緩和・回避法の研究が行われている。発表者らはこれまでの研究で、電流減衰初期の電子温度分布の変化がディスラプション時のプラズマ電流の減衰に影響を与えていることを見いだし、電子温度分布を制御することでディスラプションが緩和できる可能性を示した。ディスラプション中に形成される電子温度分布の機構は明らかになっていないが、直前に発生するMHD不安定性がそれらの決定に関連している可能性が高い。そこで、本研究ではディスラプションの発生原因となっているMHD不安定性がディスラプション中の電子温度分布形成にどのような影響を与えているのかをJT-60Uで発生したディスラプション放電を対象に解析し、調査した結果を報告する。
渡邊 清政*; 山口 太樹; 成嶋 吉朗*; 榊原 悟*; 鈴木 康浩*; 中村 祐司*; 舟場 久芳*; 中島 徳嘉*; LHD実験グループ*
no journal, ,
環状高温プラズマにおいて、各種のプラズマパラメータを磁気面上にマッピングし、磁気面関数に変換することは、MHD不安定性特性や輸送特性等の研究を行う際に重要である。実験における厳密なMHD平衡が同定されている場合には、同定結果として得られる磁気面分布をもとにマッピングを行うことができるが、ヘリオトロンプラズマにおいては、プラズマ境界の同定が非常に困難であることから高ベータプラズマのMHD平衡の同定法は確立していない。ここで、輸送解析に必要なMHD平衡データは、磁気面形状,回転変換分布,実効ヘリカルリップル,トロイダルリップルであり、このような磁場配位の情報を知るだけであれば、厳密なMHD平衡の同定を必要としない。このような観点から、LHDにおける輸送解析として次のようなマッピング手法を提案する。(1)実座標3次元MHD平衡コードHINTを用い、無電流でベータ値,圧力分布をサーベイした平衡データベースを作成する。(2)電子温度分布計測データに最もよく一致する平衡データを選び、回転変換分布以外の磁場配位の情報を輸送解析に用いる。(3)輸送解析に必要な回転変換分布としては、MSEによる計測データ又は理論予測データを用いる。
柴田 欣秀*; 岡本 征晃*; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 河野 康則; 諫山 明彦; 坂本 宜照; 大山 直幸; 栗原 研一; 後藤 基志*
no journal, ,
トカマクにおいては、真空容器に大きな熱負荷や電磁力を与えるディスラプションを制御することは重要な研究課題である。真空容器に発生する電磁力を正確に見積もるためにはプラズマ電流減衰時間の正確な予測が必要であり、現在、プラズマ抵抗とインダクタンスを用いて電流減衰時間を評価するモデルが専ら用いられている。プラズマ抵抗率は電子温度
の3/2乗に反比例することから、モデルではプラズマ電流減衰時間はの3/2乗に比例する。まず、電流減衰時の電子温度を正確に評価するため、He線強度比法より電子温度を求め電子温度と電流減衰時間との関係を調べたが、モデルで予測されている依存性は実験データでは見られなかった。この原因として、モデルではとが時間的に変化しないという仮定のもとで導かれていることがあると考え、モデルにの時間変化を取り入れて電流減衰時間を再評価し実験値を比較したところ、広い電子温度の範囲で良い一致が見られた。これは電流減衰初期の減衰時間の評価ではプラズマ抵抗だけではなく、インダクタンスの時間変化も考慮しなければならないことを示している。
