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朝倉 伸幸; 仲野 友英; 大山 直幸; 坂本 宜照; 松永 剛; 伊丹 潔
Nuclear Fusion, 49(11), p.115010_1 - 115010_8, 2009/11
被引用回数：82 パーセンタイル：93.78(Physics, Fluids & Plasmas)高閉じ込めプラズマにおけるELM及び定常的な熱負荷の低減は、核融合炉に要求される重要課題であり、不純物入射による放射損失増加によりダイバータへの熱流やELMエネルギー損失を低減する提案はITERなどでも進められている。JT-60Uでは不純物入射を帰還制御することにより高放射損失(全入射パワーの70
以上)の高閉じ込め性能Hモードプラズマ(HHファクターが0.8以上)を長時間(8
18秒)維持する実験を行い、粒子飽和(ガス放出)が発生した際にも非接触ダイバータプラズマを維持できることなど、新たな結果を得た。Ar入射放電では主プラズマ周辺部での放射損失パワーを入射パワーの35以上に制御することでELMはType-IからType-IIIとなりバースト的に排出されるエネルギーを大きく低減できることを明らかにした。さらに閉じ込め性能のよいプラズマ放電を得るため内部輸送障壁が発生したHモード放電にAr入射に加えNe入射を行い、特にダイバータでの放射損失も増加させ全放射損失が入射パワーの86まで高閉じ込めを維持できることを示した。
飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 川島 寿人; 栗田 源一; 谷川 博康; 中村 博文; 本多 充; 斎藤 愛*; 佐藤 聡; et al.
Nuclear Fusion, 49(7), p.075029_1 - 075029_10, 2009/07
被引用回数：137 パーセンタイル：97.72(Physics, Fluids & Plasmas)最近の核融合原型炉SlimCSに関する設計研究では、おもに、ブランケット,ダイバータ,材料,保守を含む炉構造の検討に重点を置いている。この設計研究における炉構造の基本的考え方とそれに関連する課題を報告する。楕円度のついたプラズマの安定化と高ベータ化のため、セクター大の導体シェルを交換ブランケットと固定ブランケット間に設置する構造とした。また、ブランケットには、加圧水冷却,固体増殖材を採用することとした。従来の原型炉設計で検討していた超臨界水冷却を利用するブランケット概念に比べ、トリチウム自給を満足するブランケット概念の選択肢はかなり絞られる。ダイバータ技術やその材料について考慮すると、原型炉のダイバータ板での熱流束上限は8MW/m
以下とすべきであり、これは原型炉で取り扱うパワー(すなわち、アルファ加熱パワーと電流駆動パワーの和)に対して大きな制約となりうる。
田中 宏彦*; 大野 哲靖*; 朝倉 伸幸; 辻 義之*; 川島 寿人; 高村 秀一*; 上杉 喜彦*; JT-60Uチーム
Nuclear Fusion, 49(6), p.065017_1 - 065017_7, 2009/06
被引用回数：38 パーセンタイル：78.35(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60UトカマクのLモードプラズマにおいて、強・弱磁場側のスクレイプオフ層の静電揺動の特性を高速掃引プローブにより計測し、確率密度関数を用いた統計解析結果を発表した。弱磁場側の赤道面付近では非拡散的輸送(Blob)による間歇的なバーストが頻繁に発生していることが観測された、一方、強磁場側ではイオン飽和電流揺動の確率密度関数はガウス分布に近い。バースト信号の持続時間と待ち時間の統計性を調べたところ、弱磁場側の持続時間はべき状則に従い、弱磁場側の揺動が自己相似性を有していることを示している。また自己相関時間解析では、弱磁場側の信号の相関時間は強磁場側に比べて非常に長いことが示された。既存の条件付平均化法(conditional averaging method)を用いて、弱磁場側のバースト信号について解析を行う際、ノイズの影響を低減するために、新たにVITA(Variable Interval Time Averaging)法を適用し、本手法がバースト形状の再構成に極めて有用な方法であることが明らかになった。
野澤 貴史; 檜木 達也*; 香山 晃*; 谷川 博康
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
SiC/SiC複合材料は将来の高熱効率を志向した核融合炉先進オプションの有力候補材料として期待されている。本論文は、SiC/SiC複合材料の構造部材への実用化を目的とし、擬延性を特徴とするSiC/SiC複合材料の設計基準の開発にかかわる検討の進捗状況に関して報告するものである。具体的には、次世代耐照射性SiC/SiC複合材料の1つであるナノインフィルトレーション遷移共晶相焼結(NITE)法で作製されたSiC/SiC複合材料の破損挙動(例えばマトリックスクラック挙動)を評価した。試験片サイズによらないNITE-SiC/SiC複合材料のノッチ鈍感性を特定した結果、破損評価におけるクライテリオンとして応力クライテリオンが有力との結論を得た。
渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 7 Pages, 2008/10
ITER中性粒子入射装置の電源システムにおける日本の調達分担は、-1MV発生部,伝送部系,-1MV絶縁変圧器など超高圧の主要機器である。これらの1MV超高圧電源機器の設計開発について報告する。本NBI電源は、これまでにない超高圧に加えて負荷がイオン源加速器であるため負荷短絡が頻発するという特殊性を持つ。ビームを安定に加速するためには、まず超高圧電源の絶縁を確実に行うことが必要であり変圧器や伝送系の絶縁設計によって機器構造を決定した。さらに、負荷短絡時の加速器保護のためのサージ抑制機能についてサージブロックコアと接地側抵抗素子の併用による新たなサージ抑制方式を提案し、流入エネルギーを抑制する回路構成とした。これら、調達に向けての主要な技術課題を検討し機能仕様を作成した。
相羽 信行; 徳田 伸二; 古川 勝*; 大山 直幸; 小関 隆久
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
Type-I ELMの原因である、周辺部ペデスタル領域において不安定化するMHDモードの安定性に対するトロイダル回転の影響について数値解析を行った。そのために、回転の影響を考慮した線形理想MHD方程式であるFrieman-Rotenberg方程式を解く数値解析コードMINERVAを開発した。その結果として、回転シアを持つトロイダル回転は周辺局在MHDモードを不安定化することを明らかにした。この不安定化効果に対して平衡の安全係数分布の違いが影響を与えることも示した。この原因として、トロイダル回転の影響が不安定化するMHDモードのトロイダルモード数が高いほど強く表れること、そしてこのトロイダルモード数は安全係数分布に強く依存して決まることが重要であることを明らかにした。
本多 充; 滝塚 知典; 福山 淳*; 吉田 麻衣子; 小関 隆久
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
1次元多流体輸送コードTASK/TXを用いて電荷分離によって誘導される径方向電流トルクによるトロイダル回転の生成について調べる。ドリフト軌道効果を考慮すると、典型的には準垂直NBIによって捕捉イオンが供給される限り荷電分離は生じ続ける。TASK/TXコードと軌道追跡モンテカルロコードOFMCを組合せることで、径方向電流によって駆動されるトロイダル回転を再現し、準垂直NBIの垂直入射(ポロイダル)角を変化させることで、水平入射が最も効率よくトロイダル回転を駆動することを突き止めた。径方向電流トルクを活用することで、定常状態においてトロイダル回転が、トルク、粘性、中性粒子との摩擦、荷電交換による運動量損失のバランスから決定されていることを明らかにした。
清水 勝宏; 滝塚 知典; 大宅 薫*; 井内 健介*; 仲野 友英; 高山 有道*; 川島 寿人; 星野 一生
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 12 Pages, 2008/10
統合ダイバータコードSONICを開発した。モンテカルロ固有の問題を解決し、モンテカルロ不純物輸送コードIMPMCとダイバータコートSOLDOR/NEUT2Dのセルフコンシステントな結合に成功した。運動論効果や複雑な炭化水素の解離過程を考慮するには、モンテカルロモデリングが必要である。統合ダイバータコードは、EDDYコードとの結合をさらに行うことで、ダイバータ板における損耗/再堆積の過程を含めて不純物の輸送を調べることが可能となる。JT-60Uで観測されたX点MARFEのダイナミクスを調べた。シミュレーションの結果、X点近傍での大きな放射損失は、ドームからスパッタされた炭化水素によるものであることがわかった。リサイクリングがない時には、温度勾配力の運動論効果により、従来の流体による評価に比べてヘリウム圧縮が改善する。しかし、ダイバータにおけるリサイクリングによりこの効果は相対的に小さくなることがわかった。
Snyder, P. B.*; 相羽 信行; Beurskens, M.*; Groebner, R. J.*; Horton, L. D.*; Hubbard, A. E.*; Hughes, J. W.*; Huysmans, G. T. A.*; 鎌田 裕; Kirk, A.*; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
中間波長のMHDモードの安定性解析は、トカマクペデスタル性能やELM機構の理解を進めるうえで重要である。近年のペデスタル領域における高精度計測及び高精度安定性解析コードの実現により、複数の大・中型トカマク装置において周辺MHD安定性解析が実現し、実験結果の理解や実験プランの策定及びプラズマ性能の向上に貢献している。本論文では、複数のトカマク装置における周辺MHD安定限界を、標準的な(Type-I) ELMのみならず小振幅ELM及びELM-freeな領域において評価し、それらを比較する。さらに、ペデスタル幅を予測するテストモデルとペデスタルの高さに対する安定性からの制約を合わせて考慮することで、ペデスタルの高さと幅を予測する新たなモデル(EPED1)を開発した。このモデルをこれまでの実験結果に適用したテスト結果、及びこのモデルを用いて行ったITERでのペデスタルの高さの予測についての初期結果を報告する。
森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 寺門 正之; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 平内 慎一; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
JT-60Uの電子サイクロトロン周波数帯(ECRF)加熱電流駆動装置のジャイロトロン開発において、1.5MW,1秒間(110GHz)の出力を得ることに成功した。これは1秒以上のパルス幅では世界最高値である。熱応力の観点で注意深く設計された共振器,ミラー駆動ベローズのRFシールド,誘電損失の小さいセラミックを用いたDCブレークがこの出力を可能にした。一方、5kHzという高い周波数でパワー変調を行うことに成功しJT-60Uの新古典テアリングモード(NTM)抑制実験の成果につながった。ジャイロトロンのカソードヒーターパワーとアノード電圧の実時間制御によって0.4MW,30秒の長パルス入射をデモンストレーションし、伝送系部品の温度上昇を測定するとともにその健全性を確認し、さらなる長パルス入射の見通しを得た。また、4本のジャイロトロンを同時に発振させ2.9MW,5秒の高パワー入射を行って、高いシステム総合性能を示すことができた。信頼性の高い長パルス対応水冷式アンテナとして、革新的な直線駆動ミラーを用いる方式を設計した。ビームプロファイルと機械強度を評価する計算を行って実現可能性を確証した。
林 伸彦; 滝塚 知典; 相羽 信行; 大山 直幸; 小関 隆久; Wiesen, S.*; Parail, V.*
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
The energy loss due to an edge localized mode (ELM) crash and its cycle have been studied by using an integrated transport code with a stability code for peeling-ballooning modes and a transport model of scrape-off-layer (SOL) and divertor plasmas. The integrated code reproduces a series of ELMs with the following characteristics. The ELM energy loss increases with decreasing the collisionality and the ELM frequency increases linearly with the input power, as the same as experiments of type-I ELMs. A transport model with the pedestal neoclassical transport connected to the SOL parallel transport reproduces the inter-ELM transport, which decreases in the low collisionality so that the ELM loss power is enhanced as observed in experiments. The inter-ELM energy confinement time agrees with the scaling based on the JT-60U data. The steep pressure gradient inside the pedestal top, required for improved H-mode plasmas with the 
factor above unity, is found to enhance the ELM energy loss and reduce the ELM frequency so that the ELM loss power remains constant. The steep pressure gradient inside the pedestal top broadens the region of the ELM enhanced transport and induces subsequent instabilities. When the large energy is transported near to the separatrix by the instabilities, a subsequent instability arises near the separatrix and makes an additional loss.
5D Vlasov simulation井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 相羽 信行; 浦野 創
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
ジャイロ運動論と線形フォッカー・プランク演算子に基づいて新しいグローバルジャイロ運動論的トロイダルfull-ブラゾフシミュレーションGT5Dを開発した。正磁気シアトカマクにおいて熱源駆動イオン温度勾配乱流シミュレーションを行い、乱流輸送と分布形成の発展を衝突時間に渡って追跡した。このシミュレーションの熱源のない領域では、かなりの熱フラックスが雪崩現象によって運ばれ、硬直性のある温度分布が維持されることを発見した。この領域では平衡径電場
は新古典レベルを大幅に上回り、そのシアは雪崩現象の伝搬と運動量フラックスの向きに強く影響する。シアによる非拡散的な運動量フラックスが観測され、磁気軸付近に運動量入力がない状況でも有限の(自発的な)トロイダル回転が維持されることを発見した。
plasmas松永 剛; 坂本 宜照; 相羽 信行; 篠原 孝司; 武智 学; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 諫山 明彦; 大山 直幸; 朝倉 伸幸; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
The dynamics and stability of the resistive wall mode (RWM) are investigated in the JT-60U high- plasmas, and the sustainment of high- plasmas above the ideal no-wall -limit has been demonstrated using a plasma rotation. We have successfully sustained 
for 
, which is about 3 times the current diffusion time 
. In this high-
regime, new MHD instabilities have been observed, that is, an high- bursting mode (HBM) and a slowly growing mode (SGM). These modes play important roles for a MHD stability in the wall-stabilized high region. These results suggest that the kinetic contribution and the rotational shear are important to determine the RWM stability.
浦野 創; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 神谷 健作; 諫山 明彦; 鎌田 裕; 竹永 秀信; 大山 直幸; 松永 剛; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
トカマクにおけるプラズマ電流分布によるHモードプラズマの熱輸送及び周辺ペデスタル構造への影響について調べた。高
のHモードプラズマにおいて高閉じ込め性能が得られることがわかった。電子密度及び電子温度分布が中心ピークする傾向が見られた。コアプラズマの閉じ込め改善度はに強く依存して増加することがわかった。この高化による高閉じ込めはコア部の閉じ込め改善によるものであり、周辺ペデスタル圧力に大きな変化は見られなかった。電流分布のスキャン及び電流値のスキャンの両方で、コアプラズマのエネルギー閉じ込め性能はコア部のポロイダル磁場強度の増加に伴って向上することがわかった。磁気シアの影響については今後の課題である。
Giruzzi, G.*; Park, J. M.*; Murakami, M.*; Kessel, C. E.*; Polevoi, A.*; Sips, A. C. C.*; Artaud, J. F.*; Basiuk, V.*; Bonoli, P.*; Budny, R. V.*; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
The modeling of the steady-state ITER scenarios is reviewed, as a subject of common work of the ITPA-SSO group. Focus is made not only on the basic physics issues, resulting from theory and experiments, but also on the difficulties and the needs of integrated modeling. Specific issues connected with high bootstrap fraction in the long pulse operation are addressed. Bootstrap current can be enhanced either by large pedestal temperatures, or by Internal Transport Barriers (ITB). Recent simulations for both high-pedestal scenarios and ITB scenarios are compared. Results of code benchmarking for typical parameters of ITER scenarios are also analyzed, and prospects for improvement of the integrated modeling capability will be discussed.
仲野 友英; 久保 博孝; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 東島 智
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
JT-60Uの主プラズマにおけるタングステンの蓄積及び非接触ダイバータプラズマにおける炭素イオンの放射過程の2つの研究内容をまとめた。プラズマ電流と反対方向にプラズマ・トロイダル回転速度が高くなるほど主プラズマにおけるタングステンの蓄積が顕著になることがわかった。蓄積の傾向はアルゴン、クリプトン、そしてタングステンの順に顕著になった。また、ガスパフを行った高密度放電ではタングステンの蓄積は観測されず、周辺プラズマによる遮蔽効果が顕著になったためと考えられる。X点MARFEを伴う非接触プラズマのX点付近からの
と
の発光を真空紫外及び可視分光器で観測した。は
の体積再結合との電離で生成され、これらの和、すなわちはの生成は損失(の体積再結合及び電離)より二桁大きいので、これらの原子過程以外の過程、例えば輸送損失などでX点からが失われていると解釈した。
上田 良夫*; 福本 正勝*; 渡邊 淳*; 大塚 裕介*; 新井 貴; 朝倉 伸幸; 信太 祐二*; 佐藤 正泰; 仲野 友英; 柳生 純一; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
JT-60Uの外側ダイバータから放出されたタングステンの再堆積分布を調べた。今回初めて中性子放射化分析法を用い厚い炭素たい積層に含まれるタングステンの面密度を正確に測定した。タングステンの堆積は内側ダイバータ及びドームタイルの外側に多く見られた。トロイダル方向にはタングステンタイルが設置した場所に非常に局在した分布であった。
竹永 秀信; 大山 直幸; 浦野 創; 坂本 宜照; 神谷 健作; 三代 康彦; 西山 友和; 笹島 唯之; 正木 圭; 神永 敦嗣; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
JT-60Uの弱磁気シアプラズマにおいて炉心条件である周辺粒子供給と電子加熱条件下での内部輸送障壁(ITB)特性を調べた。高磁場側ペレット又は超音速分子ビーム(SMBI)による周辺粒子供給により、高密度領域において高閉じ込め状態を維持することに成功した。周辺粒子供給でも中心のイオン温度は減少しており、減少幅はITB内側で増加している。SMBIの場合、このITB内側でのイオン温度減少幅の増加は、パワーバランス解析から評価したイオンの熱拡散係数を用いて計算した冷熱パルスの伝搬で説明可能であった。入射周波数や侵入長を最適化することにより、減少したイオン温度が回復し高いペデスタル圧力と強いITBが維持されている。イオン温度ITBの劣化は、電子温度分布の硬直性が強い場合に電子サイクロトロン加熱時にも観測されている。この時、イオンの熱拡散係数は電子の熱拡散係数とともに増加しており、イオンと電子の熱輸送の関連を示している。一方、電子温度分布の硬直性が弱い場合には、イオン温度ITBは変化しないか、もしくはさらに成長することが観測された。密度揺動レベルの変化は小さいが、イオン温度ITBが劣化する場合は密度揺動の径方向相関長が長く、変化しない場合は短くなっていることが観測された。このことは、密度揺動の変化を通してITBの特性が変化していることを示唆している。
中嶋 洋輔*; 東園 雄太*; 河野 博一*; 竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 大山 直幸; 鎌田 裕
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
本論文では、モンテカルロコードDEGASを用いた中性粒子輸送解析結果をもとにJT-60UのHモードプラズマにおけるペデスタル特性について報告する。DEGASコードでは、ダイバータドーム,バップル板,ダイバータ板を組み込んだ3次元メッシュを用いてスクレイプオフ層からコアプラズマまでの領域における中性粒子挙動を計算している。本解析では、背景プラズマパラメータやダイバータ板への粒子束は2次元流体ダイバータコードUEDGEを用いて評価した。ガスパフ有りなしのELMy Hモードプラズマにおいて中性粒子の侵入長と電離領域の密度依存性を調べた結果、2つの放電で周辺輸送障壁領域近傍での中性粒子の侵入長と電離領域に明確な違いが観測された。また、電離領域のペデスタルトップからSOL領域の密度に対する依存性,局所ガスパフの3次元効果について議論する。
田中 謙治*; 竹永 秀信; 村岡 克紀*; Michael, C.*; Vyacheslavov, L. N.*; 横山 雅之*; 山田 弘司*; 大山 直幸; 浦野 創; 鎌田 裕; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10
トロイダルプラズマにおける密度分布を決定するパラメータを明らかにするために、LHDヘリカルプラズマとJT-60Uトカマクプラズマの比較研究を行った。両装置において異なる密度分布の衝突周波数依存性が観測された。LHDプラズマでは、衝突周波数が減少するにしたがって磁気軸位置R
=3.6mでは密度分布のピーキング度が減少し、R=3.5mではわずかに増加した。一方、JT-60Uでは衝突周波数が減少するにしたがって密度分布のピーキング度は増加した。LHDプラズマでのRの違いによる衝突周波数依存性の違いは、乱流輸送の寄与の違いであると考えられる。R=3.5mのLHDプラズマでは、大きな乱流輸送がトカマクと同様な衝突周波数依存性を作り出している。両装置のコア領域において、密度分布が違う場合に揺動の変化が観測されている。JT-60Uでは、密度分布がピーキングした場合に径方向の相関が強くなることが観測された。このことから、粒子拡散と内向き対流速度が増大していることが示唆される。R=3.6mのLHDプラズマでは、揺動レベルの増加がホローな密度分布を持つ高パワー加熱時に観測され、拡散の増加を示唆している。ピークした密度分布からホローな密度分布への変化は、新古典輸送の寄与増大による対流速度の内向きから外向きへの変化により引き起こされている。以上の結果よりLHDプラズマの密度分布の衝突周波数依存性は、新古典輸送と乱流輸送の両方によるものであることを明らかにした。
