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白石 淳也; 徳田 伸二; 相羽 信行
no journal, ,
高性能定常トカマクにおいて、プラズマ回転による抵抗性壁モード(Resistive Wall Mode: RWM)の安定化は最も重要な物理・工学的課題の一つである。RWMの安定化における回転の効果、特に、回転が本質的になる場所(有理面,共鳴面,プラズマ表面等々)を明らかにするため、安定性解析における接続問題を再考する。回転の効果を取り入れると、接続理論で中心的な役割を果たすNewcomb方程式(RWMの共鳴が起きない外部領域を支配する)は一般化される。回転によるDopplerシフトにより、Newcomb方程式の特異点が分離する。回転がない場合には、RWMの共鳴面(内部層と呼ぶ)と特異点は一致する。しかし、回転がある問題では、不安定なRWMは実周波数を持つため、共鳴面が特異点からずれる。実周波数は問題を解かないとわからないから、共鳴を起こす場所があらかじめわからない。よって、本研究で指摘するように、無限に薄い内部層を用いる従来の漸近接続法は適用できない。本研究では、有限な厚みを持つ内部層を持つよう漸近接続法を一般化することにより、上記の問題を解決できることを示す。
廣田 真; 徳田 伸二
no journal, ,
線形化されたプラズマの方程式に対する変分原理を応用して、波の作用の断熱不変性を固有モードや連続モードに対して議論した。この理論は散逸のないさまざまなプラズマに適用でき、モードの準線形な時間発展を理解するのに役立つ。背景の場がゆっくりと変化するとき、各モードが持つ波の作用はそれぞれのスペクトル(固有振動数)が十分にかけ離れていれば保存する。振動数が一致するモード間では共鳴によって、波の作用の交換が行われるが合計としてはやはり保存することが示せる。例として、MHDモデルのアルフベン共鳴や磁気音波共鳴において、固有モードの波の作用が保存しながら連続モードへと受け渡されることを示す。
相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二
no journal, ,
トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに不安定化の原因がプラズマの回転周波数と不安定モードの振動数のずれに起因することを明らかにした。また、この不安定化機構は不安定モードが短波長であるほど強い影響を持つが、一方で短波長モードは回転シアによって局所的なドップラーシフトにより安定化することも知られており、周辺局在MHDモードで重要となる中間波長MHDモードの安定性は双方のかねあいで決まっていることを示した。
松永 剛; 武智 学; 櫻井 真治; 井手 俊介; 松川 誠; 大山 直幸; 相羽 信行; 栗田 源一; Ferro, A.*; Gaio, E.*; et al.
no journal, ,
JT-60SA is designed and under construction as fully superconducting tokamak under a combined project of the ITER satellite tokamak program of EU-JA (Broader Approach Activities) and the Japanese national program. One of the main purposes of JT-60SA is the steady-state high-beta operation above the ideal no-wall beta-limit with suppressing resistive wall modes (RWMs). In order to control the RWMs, the RWM control coils and error field correction coils (EFCCs) are to be installed. The current design of these coils composes of 18 sector coils (6 coils in toroidally and 3 coils in poloidally) so as to suppress n=1-3 RWMs and to compensate various error fields. The EFCCs can also be utilized to apply the resonant magnetic perturbation to ergodize the peripheral magnetic field structure to mitigate and avoid the large edge localized modes. The design and analysis of these in-vessel tools for high-beta plasmas on JT-60SA will be presented.
吉田 麻衣子; 鎌田 裕; 竹永 秀信; 坂本 宜照; 大山 直幸; 浦野 創
no journal, ,
ITERにおいてトロイダル回転分布の予測と制御性は重要な課題である。運動量輸送の拡散項と熱輸送係数の比,運動量輸送の拡散項と非拡散項の比,トロイダル回転分布や輸送のレベルを決定するのに重要な値である。本研究では、トカマク型の臨界プラズマ試験装置(JT-60)において、次元量や無次元量に対する運動量輸送の拡散項,非拡散項,それらの比の依存性を調べた。その結果、運動量輸送の拡散項と熱輸送係数の比は、ポロイダルラーマー半径とともに増加することがわかった。また非拡散項と拡散項の比は、衝突周波数とともに増加し、ポロイダルラーマー半径とともに減少していくことが観測された。周辺の回転とコアの回転の関係を、運動量のピンチという概念から調べたので報告する。
鈴木 隆博; 大山 直幸; 朝倉 伸幸
no journal, ,
JT-60UのタイプIのELMパルスにより放出されたプラズマのスクレイプオフ層(SOL)における伝搬を、モーショナルシュタルク効果(MSE)計測の光学系をビーム放出分光(BES)計測として用い測定した。本MSE/BES計測器は加熱中性粒子ビームがプラズマとの衝突により励起された後に放出される信号光を制動放射などの背景光とともに測定する。信号光と背景光を分離するためにMSE/BES計測に2波長検出器を導入した。2波長検出器は同一空間点での異なる波長の光の強度を2つの光電子増倍管により測定する。一つはビームからの信号光及び背景光を測定し、他方は背景光のみを測定する。背景光を差し引くことにより信号光の時間変化をSOLのさまざまな位置で測定した。594個のELMパルスを平均し、SOLにある5空間点(ほぼプラズマ赤道面外側で0.02
0.3mの範囲)でELMパルスの伝搬を測定したところ、伝搬速度は0.81.8km/s程度であった。
林 伸彦; JT-60チーム
no journal, ,
Researches on advanced tokamak (AT) have been progressed in JT-60U with integrated modeling. Based on JT-60U experimental analyses and first principle simulations, new models were developed and integrated into core, rotation, edge/pedestal and scrape-off-layer (SOL)/divertor. The integrated models clarified complex and autonomous features in AT. Integrated core model was developed to take account of an anomalous radial transport of alpha particles caused by Alfven eigen modes. It showed the reduction of fusion gain by the anomalous radial transport. Integrated rotation model showed mechanisms of rotation driven by the fast ion ripple loss and the charge separation, and the linkage of rotations and the radial electric field in the formation of an internal transport barrier. An inward pinch model of high-Z impurity due to the atomic process was developed and indicated the pinch velocity increases with the toroidal rotation. Integrated edge/pedestal model clarified the cause of collisionality dependence of energy loss due to the edge-localized mode and the enhancement of energy loss by steeping a core pressure gradient beyond the pedestal top. A model of SOL flow driven by core particle orbits was developed by introducing the ion-orbit-induced flow to fluid equations. Integrated SOL/divertor model clarified a mechanism of enhanced radiation near the X-point multifaceted asymmetric radiation.
菊池 満
no journal, ,
本講演は23年間のJT-60実験におけるトカマクの定常化研究の成果のまとめを行う。JT-60はJT-60Uへの改造の前にプラズマ電流の8割を自発電流で流し、定常トカマク炉SSTRの構想を1990年に提案した。また、一般化されたオームの法則理論を展開し実験的に確認した。負磁気シア運転は1992年に提案し、内部輸送障壁の形成を正磁気シア(1994年),負磁気シア(1997年)に報告し、N-NBIによる電流駆動を実証した。また、電流ホールを2001年に観測し、さらに、自発電流によって引き起こされるNTMについては、ECCDによる安定化を実証した。さらに、壁無しベータ限界を越えるベータで不安定になるRWMを安定化するために必要なプラズマ回転が小さいことを明らかにするなど、定常トカマク炉の実現に向けて研究が大きく進展した。
McMillan, B. F.*; Jolliet, S.; Tran, T. M.*; Bottino, A.*; Lapillonne, X.*; Villard, L.*
no journal, ,
In this work, the role of system size (rhostar scaling) and shear flow levels on ion temperature gradient (ITG) turbulence in gyrokinetic simulations is explored using the ORB5 code. Firstly, the scaling of heat flux level versus system size in plasmas with zero initial flow shear is reexamined. Secondly, the effect of poloidal shear flow on ITG turbulence is examined. Even at flow levels many times smaller than the supression threshold, nonlinear turbulence is only seen in the simulation if the initial perturbation is large: the system manifests subcritical turbulence. Inward or outward propagating avalanches and inward and outward shifted diffusivity profiles are seen according to the sign of the flow shear. In cases with strong flow shear almost all the flux is associated with avalanches, which propagate across the entire region with strong pressure gradient.