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杉原 正芳; Lukash, V.*; 河野 康則; 芳野 隆治; Gribov, Y.*; Khayrutdinov, R.*; 三木 信晴*; 大森 順次*; 嶋田 道也
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07
ディスラプション時のプラズマ挙動に関して、JT-60などの実験結果を詳細に解析する。その結果を2次元自由境界平衡発展解析コード「DINA」に組み込み、ITERにおけるディスラプション挙動の予測解析を行う。
杉江 達夫; Costley, A. E.*; Malaquias, A.*; Medvedev, A.*; Walker, C.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07
本システムは、ダイバータ部での不純物粒子の同定と、粒子流入束の二次元測定等を主な目的としており、プラズマ制御に欠かせない計測システムの一つである。200nmから1000nmの広い波長領域の光を分光計測する。このシステムは、目的の違う異なった三種類の分光器で構成される。(1)不純物の種類をモニターする分光器,(2)粒子束の空間分布を高速測定する分光器、それと(3)イオン温度及び粒子の運動エネルギーを測定する高分散分光器である。二次元測定はダイバータカセット内部にモリブデン製ミラーを設置し、互いに交差する視野と水平ポート及び上部ポートからの視野を使って実現させる。一方、計測用ミラー,観測窓等の計測機器要素が、現存の核融合実験装置に比べて2桁以上高い放射線(中性子,
線等)や高エネルギー粒子にさらされ、反射率や透過率などの性能が劣化することが懸念されている。これらの計測機器要素に対する放射線及び粒子照射効果は、ITER工学R&Dの中で精力的に研究され、多くの基礎データが得られ、耐放射線性機器も開発された。本システムの設計は、それらの結果を十分に反映させて進められている。
-particle diagnostics by CO
laser collective Thomson scattering in ITER近藤 貴; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; 杉江 達夫; Costley, A. E.*; 三浦 幸俊; Lee, S.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07
燃焼プラズマでの支配的な熱源である粒子の挙動を理解するために、粒子の密度とエネルギースペクトルの空間の分布を測ることが必要とされている。そこで、ITERの粒子測定のために、パルス炭酸ガスレーザーを用いた協同トムソン散乱(CTS)システムを開発している。ITERでは加熱ビームイオン(E=1MeV)は、接線方向に入射され、粒子で類似した速さを持つ。しかし、CTS測定は一般的に、同じ速さを持つビームイオンと粒子を識別することができない。この問題を解決するため、ビームイオンと粒子を区別できる垂直散乱配置を提案した。この配置のCTSが、ビームイオンによってマスクされることなく粒子を分析できることを計算により示した。また、垂直散乱配置によるビーム線とレシーバー・システムの予備的な設計を示す。さらに、JT-60Uプラズマを使ったCTSシステムの原理実証実験について示す。
近藤 貴; 河野 康則; Costley, A. E.*; Malaquias, A.*; 杉江 達夫; Walker, C.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07
ITERの電子密度測定に用いられる、炭酸ガスレーザー干渉計/偏光計システムの設計の現状について報告する。干渉計/偏光計システムは長時間のプラズマ放電の密度の実時間制御の参照信号に用いられるので、高い信頼性が要求される。従来の設計では、レーザーの光源として炭酸レーザー(波長10.6
m)と一酸化炭素ガスレーザー(波長5.3m)の組合せを用いていた。しかし、波長の短い一酸化炭素ガスレーザーは、真空容器内に設置する逆反射鏡の反射率の低下が懸念される。反射率低下を抑えて信頼性を向上させるため、JT-60Uで開発した2波長炭酸ガスレーザー(波長9.3m,10.6m) を用いた干渉計/偏光計のITERへの導入を検討した。2波長炭酸ガスレーザーは、反射率の低下の観点からは有利であるが、波長が近接しているために従来設計の干渉計/偏光計より密度分解能が劣る。そこで、ITERでは同位体炭酸ガスを用いた2波長炭酸ガスレーザー(波長9.0m,12.1m)を使用することを提案した。この同位体レーザーの使用により、JT-60Uの干渉計/偏光計より密度分解能が約2倍向上することを示した。また、逆反射鏡の真空容器内部への設置方法、並びにレーザー光路の実時間制御の技術的課題について解決策を示し、本計測システムの信頼性を向上させた。
Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; 草間 義紀
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07
JT-60では、イオンサイクロトロン波を用いた少数イオン加熱によってMeV領域まで加速されたイオンは、水素様の軽元素不純物イオンとの荷電交換によって中性化され、プラズマを飛び出して中性粒子分析器で検出される。中性粒子ビーム(NB)との荷電交換で生成される水素様の不純物イオンは、トロイダル方向に動き、分析器の視線を横切る。そのため、NBが分析器の視線を横切らなくても、NBは分析器信号を増大させる。不純物イオンは、トロイダル方向及びポロイダル方向に動くため、分析器の視線に対する各々のビームの寄与を注意深く取り扱うモデルを開発してきた。JT-60では、NBは多様なトロイダル位置から異なった角度でプラズマに入射される。この論文では、各々のNBからの分析器信号への寄与を評価することにより、異なる半径から放出される中性粒子を区別でき、その結果、局所的なエネルギー分布を測定できることを示す。NBによって生成される水素様不純物イオンの空間分布を計算するため、トカマクの配位やNB入射を正確に取り入れ、ビームのプラズマ中での減衰,不純物イオンのトカマク磁場中での運動,プラズマイオンや中性粒子との衝突を取り扱うことができるモンテカルロコードを開発した。
中村 幸治; 筒井 広明*; 武井 奈帆子*; 坂本 宜照; 藤田 隆明; 杉原 正芳; 小関 隆久; 飛田 健次; 小西 哲之; 飯尾 俊二*; et al.
Europhysics Conference Abstracts, 27A, 4 Pages, 2003/00
先進運転シナリオの有力なトカマク配位である負磁気シア・プラズマの放電立上げと長時間維持のための制御モデルを構築する観点から、TSCコードに内部輸送障壁(ITB)で発生する自発電流モデルを組み込み、そのシミュレーション機能を拡張した。ITBの強さと幅はプラズマ圧力分布の関数形をあらかじめ指定し、ITB脚の位置を、常にモニターした磁気シア反転の規格化半径(
)に応じて連動させた。まず、高い割合の自発電流で駆動されたJT-60U負磁気シア・プラズマについて、その典型的な電流立上げ実験の様子をほぼ完全な実配位のシミュレーションによって再現し、ITBと自発電流の数値モデルの妥当性を検証した。高ベータ化を図るうえで、ITB規格化半径を可能な限り拡大(
0.5)させることが求められるが、負磁気シア・プラズマでは、誘導電流がプラズマ中心部へ浸透したり非誘導的な自発電流や外部駆動電流の分布に応じて電流分布が大きく変化する。このため、ITBの領域拡大に関する外部制御の方法を調べた。また、将来の核融合炉では超電導コイルの交流損失を低減する技術的な制約があるため、現在JT-60Uで行われている
0.6MA/s程度の電流立上げ速度をできる限り遅くしつつ(0.2MA/s),低領域に導くMHD的にも安定なプラズマ立上げシナリオを探った。さらに、シミュレーションによる電流や電場の詳細分布を示し、ITBの構造や磁気シア反転位置などの条件によってはプラズマ電流立上げの際、電流ホールが形成されることを示した。
藤田 隆明; Aniel, T.*; Barbato, E.*; Behn, R.*; Bell, R. E.*; Field, A. R.*; 福田 武司*; Gohil, P.*; 居田 克巳*; Imbeaux, F.*; et al.
Europhysics Conference Abstracts, 27A, 4 Pages, 2003/00
温度分布等に基づいて、内部輸送障壁の有無,強弱を定量的に判定する条件を決定することを目的として、国際内部輸送障壁データベースを用いた解析を行った。プラズマ大半径と温度勾配の特性長の比とイオンのラーマー半径と温度勾配の特性長の比の二つの量に着目した。特に後者はJETトカマクにおいてさまざまな放電条件に対して同一の基準値との大小で内部輸送障壁の有無が判定できると報告されており、その基準値がほかの装置でも成り立つかどうかが問題とされている。世界の9つのトカマクと2つのヘリカル装置からの分布データを収集して解析した結果、基準値は装置間でかなりばらつきがあり、電子系の内部輸送障壁の場合、最大で10倍の違いがあることがわかった。むしろプラズマ大半径と温度勾配の特性長の比の方がばらつきが小さく(最大で3倍程度)、イオンのラーマー半径を用いることの利点は見いだせなかった。イオン系の内部輸送障壁についても同様の結果であった。これらの結果は、内部輸送障壁の判定においてはイオンのラーマー半径以外の物理量も含めるべきであることを示している。
Hobirk, J.*; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 福田 武司; G
nter, S.*; Gruber, O.*; 諫山 明彦; 鎌田 裕; 菊池 満; Maraschek, M.*; et al.
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 27A, 4 Pages, 2003/00
ASDEXトカマクとJT-60トカマクにおいて、中性粒子ビームを用いた周辺電流駆動実験を行った。電流分布がほぼ定常になった状態で周辺部に接線中性粒子ビームを入射した。ASDEXトカマクの場合、計測された電流分布にほとんど変化はなかった。理論計算によると検出限界以上の電流分布の変化が起きるはずである。JT-60トカマクの場合は、わずかな電流分布の変化が検出されたが、電子密度が低いために理論計算モデルが適用できず、理論との比較はできなかった。一方、プラズマ表面の周回電圧の計測からは、期待される量のビーム駆動電流が流れていることが示唆された。以上の結果から、周辺部で発生した高速イオンが空間的な拡散によって、中心部へ移動し、駆動電流分布が予測通りにはなっていない可能性が考えられる。
Peterson, B. J.*; 芦川 直子*; 木島 滋; Ingesson, L. C.*; Walker, C. I.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
赤外カメラを用いて温度上昇を直接測定するイメージング・ボロメータが核融合科学研究所で開発されている。一方、金薄膜を用いる従来の抵抗型ボロメータは中性子照射にぜい弱であることも明らかになってきた。JT-60Uトカマク用イメージング・ボロメータの設計や国際熱核融合実験への適合性の検討を開始した。感度,分解能,長時間特性などについてイメージング・ボロメータの燃焼トカマク実験への適用の検討結果を報告する。
草間 義紀; JFT-2Mグループ
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
JFT-2Mにおいては、原型炉の構造材料の有力な候補である低放射化フェライト鋼を真空容器内壁の全面に装着し、高性能プラズマと低放射化フェライト鋼との適合性に関する試験(先進材料プラズマ適合性試験)を進めている。これまでに、真空特性,プラズマ生成・制御等に対するフェライト鋼の影響,リップル損失の低減への効果はほぼ予測通りであり、また、従来とほぼ同じ性能の閉じ込め改善モード(Hモード)が得られることを確認した。さらに、定常運転に適した新しい運転モード(高リサイクリング定常Hモード)を発見し、内部輸送障壁と共存させることに成功して、JFT-2Mとしては最高の規格化ベータ値3.3を達成した。この高ベータ化の進展により、原型炉の運転で想定される高ベータ領域での研究を実施できる見通しが得られた。
朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 仲野 友英; 東島 智; 久保 博孝; 竹永 秀信
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
ガスパフを行う位置は、周辺及びダイバータ・プラズマの密度や温度を制御するために重要な要素である。JT-60Uトカマクで主プラズマの上側及びダイバータ部からガスパスを行い、マッハプローブを使用して、プラズマ密度と流速を高磁場及び低磁場側境界層で測定した結果を示す。ダイバータ排気と同時に、主プラズマの上側からガスパフを行った場合、特に高磁場側の境界層で密度と流速が増加する。この際、主プラズマ中の不純物イオンの量が減少した。実験データの解析から、ダイバータへ向かうイオン粒子流による不純物への摩擦力が、高磁場側で2-3倍程度増加したことがわかり、遮蔽効果が向上したと考えられる。さらに、これらの実験で測定したプラズマ分布をもとに、不純物輸送コードを使用し、ダイバータから発生する不純物イオンの輸送解析を行った。その結果と測定した不純物イオンの発光データとを比較し、ダイバータにおけるプラズマ流の増加と不純物輸送への影響について議論する。
Chankin, A. V.; Stangeby, P. C.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
多くのトカマク装置(JET, JT-60U, DIII-D, ASDEX-U)において観測されている、ダイバータの内外非対称性,スクレイプオフ層の流れ,プライベート領域のEXB流、及び最近のシミュレーション結果をドリフト流の観点から見直す。そして、スクレイプオフ層の巨視的なドリフト流がダイバータの内外非対称性を作り出しているメカニズムであることを提案する。
東島 智; 中村 博文; 堀川 豊彦*; 神永 敦嗣; 関 正美; 久保 博孝; 小西 哲之; 田辺 哲朗*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
国際熱核融合実験炉(ITER)では、炭素タイルや炭素再堆積層に含まれるトリチウムが運転を制限する可能性があり、トリチウムリテンションを下げる手法の確立が望まれている。また、除去されるトリチウムの化学形に対する知見は、トリチウム回収プラントを設計するうえで不可欠である。JT-60Uではこれまで、不純物低減・粒子リサイクリング低減の観点から壁調整法を開発して来たが、水素同位体除去の観点からも壁調整法の最適化が必要である。そこで、大型トカマク装置における真空容器内の水素同位体挙動を研究し、その有効な除去方法を探索することを目的として、壁調整放電を実施した。講演では、水素同位体除去を目的としたJT-60U壁調整放電の解析結果を報告する。
徳田 伸二
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
二次元Newcomb方程式に随伴する固有値問題を解くことにより、理想MHD的な摂動に対するトカマクプラズマの安定性を判定することができる。この固有値問題は、不安定なプラズマに対する成長率を与えない。しかし、成長率と固有値の間の関係を与える分散関係式を構築でき、それによって、成長率を決定することができる。分散関係式は理想MHD的な摂動に対して臨界安定に近いMHDモードの安定性を解析するための効果的な、かつ、高速な方法を提供し、かつ、臨界安定に近い場合の非理想MHDモードに対し拡張できると期待される。
竹永 秀信; JT-60チーム
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
JT-60Uにおける電子加熱及び低中心粒子補給率での、内部輸送障壁の形成条件及び輸送特性について報告する。電子サイクロトロン加熱による電子加熱時における電子温度の内部輸送障壁形成条件について調べた結果、負磁気シアプラズマでは1MW程度の加熱パワーで強い内部輸送障壁が形成されたが、弱正磁気シアプラズマでは3MWでも強い内部輸送障壁は形成されなかった。次に、中性粒子ビームによるイオン加熱で内部輸送障壁を形成した後に電子サイクロトロン加熱を行い、その時の輸送特性について調べた。負磁気シアプラズマでは、強い内部輸送障壁はそのまま維持され、電子加熱条件下でも高い閉じ込め性能が得られた。また、電子サイクロトロン加熱と同時に中性粒子ビームパワーを低減して低中心粒子補給率としたが密度の内部輸送障壁は維持され、密度勾配による大きな新古典内向き対流速度により、アルゴン等の不純物は内部輸送障壁内に蓄積したままであった。一方、弱正磁気シアプラズマでは、イオン温度の内部輸送障壁が劣化することが観測された。また、アルゴンを入射した弱正磁気シアプラズマでは、密度分布の平坦化が観測され、同時に内部輸送障壁内に蓄積したアルゴンも排出された。これは、密度勾配の減少に伴う新古典内向き対流速度の減少で説明可能である。
河野 康則; 杉原 正芳; 小関 隆久; 嶋田 道也
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
メジャーディスラプションは、トカマク型核融合炉の真空容器やプラズマ対向機器の設計条件を与えるため、その特性の理解が不可欠である。この目的で、JT-60Uの高性能放電を含むディスラプションデータベースを構築した。このデータベースを用いて、負磁気シア放電におけるディスラプションでは、プラズマ表面の安全係数が4近傍で、かつプラズマ内部インダクタンスが0.5近傍の領域で急速な電流消滅が発生していることを見いだした。この知見は、負磁気シア放電で生ずる電流消滅現象の理解を進めるうえで、有用な基礎を与えるものといえる。
河野 康則; 千葉 真一; 井上 昭*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
JT-60Uにおける電子密度計測のための赤外炭酸ガスレーザ干渉計/偏光計において、化学的気相成長法(CVD)で製作したダイヤモンド板を真空窓として適用することに成功した。従来使用していたジンクセレン窓と比較して、ダイヤモンド窓では、窓部で発生するファラデー回転成分を無視できるほどまで低減できた。結果として、赤外炭酸ガスレーザ偏光計の計測精度の著しい改善を得た。
河野 康則; JT-60チーム
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
核融合研究において、計測は、プラズマ物理を理解すること、及びプラズマを制御することの両者において不可欠な役割を果たす。JT-60Uは、計測開発とこれを用いた実時間プラズマ制御の分野において、多くの実績を挙げてきた。制御の対象となるプラズマ物理量としては、例えば、プラズマ平均電子密度,核融合中性発生率,プラズマ蓄積エネルギー,中心電子温度,電子温度勾配,電子温度揺動,電流密度分布,放射損失量,真空容器内壁との距離,中性粒子圧力、などであり、また時にはそれらの組合せ同時制御が行われる。JT-60Uでの高性能核融合プラズマの生成とその維持の成功は、このような実時間プラズマ制御に負うところが大きい。本論文では、これまでにJT-60Uの実時間プラズマ制御に向けて開発整備された計測装置について概要報告を行う。
