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小林 貴之; 寺門 正之; 佐藤 文明; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 五十嵐 浩一; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 4, p.037_1 - 037_10, 2009/08
電子サイクロトロン加熱電流駆動は高効率電子加熱と、新古典ティアリングモード(NTM)抑制において重要な核融合プラズマ制御手法である。近年、JT-60Uの電子サイクロトロン波加熱電流駆動装置において、高出力ジャイロトロン開発と出力変調技術開発に成功した。1.5MW, 1秒間の安定な発振が2007年に初めて実証された。空胴及びコレクターの温度上昇の評価を行い、1.5MWでのパルス幅伸張が、110GHzジャイロトロン改造管により可能である見通しを得た。加えて、NTMに同期した0.8MW, 5kHzの出力変調ECCDを実施した。NTM同期装置が期待どおりに動作し、JT-60UでのNTM抑制実験において重要な役割を果たした。これらの開発結果により、近い将来の電子サイクロトロン波加熱電流駆動装置において、性能を向上させるための開発に重要な知見が得られた。
梶原 健; 春日井 敦; 小田 靖久; 高橋 幸司; 小林 則幸; 坂本 慶司
no journal, ,
日本原子力研究開発機構では、ITERで計画されている電子サイクロトロン加熱/電流駆動装置の高周波源として、170GHzジャイロトロンの開発を行っている。これまでの開発において、発振パワー1MW,パルス幅400秒,効率50%以上というITERの要求値を満たすことに成功している。ITER用ジャイロトロンシステムの開発という観点から次の課題として信頼性の向上が挙げられる。これにはジャイロトロン製作の信頼性と運転の信頼性の二つの意味が含まれるが、今回は運転の信頼性を確かめるために、ITERと同様な運転サイクル(400秒,30分間隔)での繰り返し運転を行い、5時間の間に発振パワー約800kW,パルス幅400秒のショットを10ショット行った。ジャイロトロン内真空度は各ショット前には一定レベルまで減少しておりベースラインの上昇は見られなかった。コレクター温度はショット前までには完全には同じ温度には戻らず、5時間運転中にベース温度が30度から33度まで上昇した。これにより、ジャイロトロンがITER運転を想定した高繰り返し長パルス運転に耐えることが実証され、ITERの加熱電流駆動実験に向け大きな見通しが得られた。
水野 貴敏; 井上 多加志; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 大楽 正幸; 坂本 慶司
no journal, ,
NBIの加速器では、負イオンと残留ガスとの衝突により電子や原子及び正イオンが発生し、またビームプラズマから正イオンが引出され、さらにこれら二次粒子が電極等に衝突して反射、二次電子が放出される等、複雑な二次粒子挙動があり、これら二次粒子がイオン源や電極及びビームラインに熱負荷を与える。したがって、この二次粒子挙動の解明は負イオンビームの長パルス加速に向けた重要な課題の一つである。そこで原子力機構では、EAMCCコードを用いてMeV級加速器内の二次粒子挙動解析を開始した。解析結果から、負イオンと残留ガスとの衝突による二次粒子の発生機構では負イオンのシングル・ストリッピングが支配的であり、負イオンがまだ低エネルギーでガス圧の高い引き出し部から第1加速ギャップで起こりやすい、との事前予測を裏付ける結果が得られた。解析ではさらに、この領域で発生した電子及び原子は電極に衝突する傾向にあること、発生した電子及び原子の約40
50%が電極に衝突することなどが判明した。このようなEAMCCコードによる二次粒子挙動解析から得た知見をITER NBIに向けた長パルス加速へと反映していく。
福本 正勝*; 山脇 章史*; 大塚 裕介*; 上田 良夫*; 谷口 正樹; 井上 多加志; 坂本 慶司; 柳生 純一; 新井 貴; 高木 郁二*; et al.
no journal, ,
DT核融合炉壁のアーマー材として、タングステンの使用が検討されているが、中性子によるタングステン中の照射損傷へのトリチウムの蓄積増加が懸念されている。本研究では、高エネルギーイオンを用いてタングステンに照射損傷を形成した後、低エネルギー重水素イオンを照射し、タングステンに蓄積する重水素の量を詳細に調べた。その結果、照射済み材料では未照射材料に比べて重水素蓄積量が最大で6倍となった。
寺門 正之; 小林 貴之; 佐藤 文明; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 下野 貢; 平内 慎一; 五十嵐 浩一; 鈴木 高志; 和田 健次; et al.
no journal, ,
JT-60Uでは、新古典的テアリングモード(NTM)の周波数にあわせてミリ波を入射し、モードを抑制する実験を行うために約5kHzの電子サイクロトロン加熱(ECH)装置の出力変調運転が必要である。その手法は、高周波源であるジャイロトロンのアノード電圧を制御することにより、高電圧の主電源を遮断することなく電子ビームのピッチ角を変えることで発振出力を変調するものである。今回、アノード分圧器において使用している素子をフォトカプラからFETに変更した分圧基板を開発し応答速度を上げ、さらに高電圧回路のリップル電圧抑制用のコンデンサと抵抗の定数を調整して、アノード電圧の制御領域を広げ、7kHzの変調に成功した。また、変調中に発振停止した場合に主電源を遮断する保護回路を開発した。さらに、NTMに同期した変調入射を行うために、プラズマ磁気プローブの信号に同期して変調する制御,変調指令に対する発振遅れ時間の制御とRFデューティの制御,磁気プローブの信号に対する入射位相の制御を行う同期変調制御回路を開発した。以上の開発により、約45kHzのNTMに同期した変調入射を成功させた。
山内 邦仁; 島田 勝弘; 岡野 潤; 大森 栄和; 寺門 恒久; 栗原 研一
no journal, ,
ITERのサテライトトカマクとして計画されているJT-60SAのポロイダル磁場コイルでは、プラズマの着火と立ち上げの際に高電圧を必要とする一方で、運転の大部分を占める定常時にはほとんど電圧を必要としない。したがって、長時間ないし連続定格の低電圧電源と短時間定格の高電圧電源の組合せが価格と大きさの面で合理的である。ただし、このためにはコイルの通電中に最大20kAの直流大電流を適切かつ滑らかに転流し、短時間定格の高電圧電源をバイパスする機構が不可欠である。そこで、実用性と経済性の観点からこれらの要求を満たすバイパススイッチを新たに提案し、回路シミュレーションにより妥当性を評価した。本講演では、これらの設計検討の結果について報告する。
戸塚 俊之; 坂田 信也; 佐藤 稔; 清野 公広; 内藤 磨; 川俣 陽一
no journal, ,
JT-60の実験運転は、2008年度8月をもって終了し、JT-60SAとして2016年の実験運転開始を目指し、その設計製作が本格的に進められている。JT-60SAにおける放電シーケンス制御系及びデータ収集系の設計にあたっては、現在のWSやボードコンピュータで構築することで計算性能や資源の制約によってこれまで独立に構成・運用されてきた全系制御設備計算機システムの一部とデータ処理計算機システムを機能的に統合することが可能であると考え、これまでのJT-60制御系の開発で養った技術と経験をもとにして新しい制御システムの設計を進めている。本報告では、JT-60SAのための放電シーケンス制御とデータ収集を統括するための新システムに具備されるべき機能や今後の設計検討のベースとなるシステム全体像について報告する。
島田 勝弘; 寺門 恒久; 大森 栄和; 岡野 潤; 山内 邦仁; 栗原 研一
no journal, ,
ITERのブローダーアプローチの一つであるJT-60SA計画では、トロイダル磁場コイル及びポロイダル磁場コイルが超電導化される。コイルの超電導化により、定常時では低電圧制御が可能となるが、プラズマ着火及び立ち上げ時には高電圧を必要とする。このような特殊な運転を実現するために、既存のJT-60U電源を有効に再利用した新しいコイル電源の回路設計検討を行い、併せてそれらの制御手法について検討も行った。検討の結果、トロイダル磁場コイル電源は、急速な励磁・消磁の必要がないので低電圧大電流電源とした。ポロイダル磁場コイル電源は、定常的に制御を行う低電圧のベース電源とプラズマ着火及び立ち上げ用の高電圧電源により構成し、高電圧電源として、既存JT-60ポロイダル磁場コイル電源を再利用したブースター/アシスト電源あるいは抵抗に電流を転流させて高電圧を発生させる高電圧発生回路を採用した。本講演では、超電導コイル電源の回路構成及びその制御手法について発表する。
赤坂 博美; 川俣 陽一; 佐藤 稔; 内藤 磨; 栗原 研一
no journal, ,
JT-60のタイミングシステム(TS)を構成している電子機器の高経年化対策と制御性能向上を目的に、JT-60SAで適用可能なTSの設計検討を行い、システム構成機器であるタイミング信号発生器を開発した。この信号発生器にはタイミング信号伝送の遅れ時間を最小にするため信号出力の論理演算の作成にプログラミング可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いた。信号伝送試験においては、信号伝送の遅れ時間が1マイクロ秒以下となり、既存システムの3040マイクロ秒と比べ十分に短い結果を得た。本発表では、開発した信号発生器を含むシステム全体の概要とシステム性能評価のための信号伝送試験について報告する。
諫山 明彦; JT-60チーム
no journal, ,
JT-60Uでは、ITERやDEMO炉に向けた先進トカマクプラズマの開発に関する研究を国内外の大学や研究機関との共同研究のもとで精力的に行い、国際トカマク物理活動の装置間比較研究においても大きく貢献してきた。JT-60Uは2008年8月末に実験運転を完遂し、その使命をJT-60SAに引き継いだ。本講演では、JT-60Uにおける先進トカマク研究の最新の成果として、次のような結果を報告する。(1)ITERハイブリッド・シナリオで要求されるパラメータを満たす総合性能の高い先進トカマクプラズマを電流拡散時間(1.4秒)より十分長い時間(25秒間)に維持した。(2)電子サイクロトロン波を約5kHzで変調して電流駆動(ECCD)することにより、無変調ECCDに比べ低パワーで新古典テアリングモードを抑制することができることを示した。(3)プラズマ回転・回転シアの最適化による抵抗性壁モードの抑制により自由境界MHD限界を超えた高ベータプラズマを5秒間維持した。(4)新設のリチウムビームプローブ及び高速荷電交換分光装置等によりELM崩壊時の密度・温度の崩壊過程を高時間・高空間分解能で測定した。(5)正イオン源及び負イオン源中性粒子ビーム入射装置において総入射エネルギーの高い入射に成功した。(6)電子サイクロトロン加熱/電流駆動装置において高パワー入射,長時間入射,最高7kHzでのパワー変調に成功した。(7)イオン温度勾配,プラズマ電流分布の単独及び複合制御に成功した。
諫山 明彦; 松永 剛; 小林 貴之; 森山 伸一; 大山 直幸; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; 浦野 創; 林 伸彦; 鎌田 裕; et al.
no journal, ,
ITERの標準運転やハイブリッド・シナリオ運転のように、正磁気シアでかつ
=1.5や2のような低
有理面で圧力勾配が高くなる可能性のあるプラズマにおいては新古典テアリングモード(NTM)が発生する可能性がある(
はポロイダルモード数, 
はトロイダルモード数)。NTMを能動的に安定化する手法としては、NTMに起因する磁気島に局所的に電子サイクロトロン(EC)波を入射して電流駆動(ECCD)を行いNTMにより失われた電流を補うことが最も効果的であると考えられ、ITERにおいてもこのシナリオが想定されている。JT-60Uでは、
のNTMを完全に安定化するために必要な最小EC駆動電流に関し、ECCD分布幅の異なる2領域において、自発電流密度とEC駆動電流密度との比が0.4程度であることを示した。また、入射EC波を約5kHzで変調して磁気島のO点のみにECCDを行った結果、無変調時に比べ磁気島の減衰速度・減衰量が2倍程度以上大きいことが明らかになった。
村上 正一
no journal, ,
北海道洞爺湖でのサミットの開催などを背景に、エネルギー環境問題に対する人々の関心が高まり、この問題を自分達の日常生活に密接に関連する問題として捉えようとする意識も浸透してきていると考えられる。原子力に関する総合的な研究開発機関である日本原子力研究開発機構は、この時機を捉えて「化石燃料の需給逼迫や、気候変動を抑制するための二酸化炭素の排出削減等の制約条件の下、エネルギーの安定的供給はどうすれば達成できるのか?」といった人々の疑問や、漠然とした不安に対し、具体的でわかりやすい答えとして我が国の2100年までの定量的なエネルギー需給シナリオを提供し、これからの議論に役立てて頂くこととした。われわれのビジョンでは、一次エネルギー供給量に占める化石燃料の割合を現在の85%から30%に縮小し、再生可能エネルギー及び原子力の割合を現在の15%から70%に拡大する。二酸化炭素の排出量は現在の10%に削減され、その半分程度が原子力の寄与分となる。原子力機構に蓄積された成果や開発中の技術により、二酸化炭素の排出削減とエネルギー安定供給の両立(低炭素社会)は実現可能であることを示した。
プラズマにおけるバースト不安定性松永 剛; 篠原 孝司; 相羽 信行; 坂本 宜照; 武智 学; 鈴木 隆博; 諫山 明彦; 廣田 真; 大山 直幸; 朝倉 伸幸; et al.
no journal, ,
JT-60Uトカマクの高プラズマにおいて数kHzで振動し間欠的に発生するバースト振動が観測されている。この不安定性はプラズマ回転を減速させ、また周辺領域の安定性にも影響を与えている。またこの不安定性の成長により、抵抗性壁モード(RWM)安定化に必要なプラズマ回転があるにもかかわらずRWMが不安定化し、ディスラプションに到るなどプラズマ性能や維持時間を制限している。この不安定性は高速イオンのトロイダル歳差運動と相関があるため、高速イオンによって駆動されている可能性がある。本発表ではこの不安定性の物理的な特性について詳細を報告する。
小関 隆久; 濱松 清隆; 篠原 孝司; 福山 淳*; 滝塚 知典; 林 伸彦; 本多 充
no journal, ,
原子力機構では燃焼プラズマのシミュレーションを目指して、物理モデルの構築と輸送コードをベースとしたコードの統合化を進めている。この講演では、原子力機構の統合化コードの進展を述べるとともに、フォッカー・プランク方程式による核燃焼と
粒子輸送モデル、さまざまなトロイダル・アルフェン(AE)モードによる粒子輸送への影響を示す物理モデルの検討結果を報告する。当モデルは、加熱しているコアプラズマのAEモードによる異常輸送を模擬しているが、AEモードは、TAE, EAE, BAE, KTAE, RSAEなどさまざまな種類のモードが観測されており、1つのアルフェンスペクトラム・ギャップにモードは複数存在し、トロイダルモード数ごとに現れる。これらの中から、実験的観測等をもとに主要と考えられるモードの選択及びモデル化の検討を行う。また、コアプラズマ輸送コードへのモデルの結合によりAEモードによる燃焼プラズマの動的変化を調べ、その制御に向けた可能性を議論する。
徳田 伸二; 影井 康弘*
no journal, ,
磁場閉じ込めプラズマの運動を記述する磁気流体力学方程式の固有値問題の固有値はプラズマの慣性効果を表している。プラズマの慣性効果は「共鳴面」の周りの近傍(内部層と呼ぶ)でのみ働き、その外側(外部領域と呼ぶ)では慣性(固有値)を無視する近似が成立する。そこで、われわれは接続点を設けて、外部領域では慣性のない方程式(Newcomb方程式と呼ばれる)を、内部層では運動方程式を解いて、両者の解を接続して、もとの固有値問題を接続点における値に関する小規模の行列に関する固有値問題に帰着させる方法を考案した。また、発展方程式をこの方法で解く解法も開発した。本手法の応用例として円柱プラズマの理想内部モードを解析した。
吉田 麻衣子; 坂本 宜照; 末岡 通治; 川俣 陽一; 大山 直幸; 鈴木 隆博; 鎌田 裕
no journal, ,
本研究では、JT-60Uにおいてイオン温度分布(勾配)とトロイダル回転の実時間計測と制御を行うために、高速荷電交換再結合分光装置(CXRS)と制御ロジックの開発を行った。本計測器の特長は、実時間分布制御へ最適化するため、エネルギー閉じ込め時間より十分速い分解能(時間分解能2.5ms)と、半径約1mのプラズマ全体を数cmの空間分解能で計測できるチャンネル数(30ch)を有し、任意の空間4点のイオン温度とトロイダル回転速度を数msで精度よく評価できる点にある。また、既存の比例・微分制御ロジックに積分制御を加えることで、時間応答にも長け目標値との偏差も低減できる制御ロジックを開発した。この計測器、及び制御ロジックを用い、内部輸送障壁を有する高ベータ値プラズマの非線形的な応答特性を調べて制御ゲインを最適化することで、内部輸送障壁部において精度よいイオン温度勾配制御を実証した。さらに、負から正への広い領域におけるトロイダル回転速度の実時間制御を実証した。
吉田 麻衣子
no journal, ,
JT-60Uの実験において高速イオンのリップル損失に伴う周辺部のプラズマ電流に対して逆方向回転の駆動機構を明らかにし、この周辺部の逆回転のプラズマコア部への伝搬を利用した運動量の摂動輸送実験・解析手法を独自に開発した。この手法により、これまで主流であった定常解析手法では切り分けられない、運動量輸送の拡散項と非拡散項の分離に成功し、運動量輸送の正しい評価を可能にした。さらに、評価した運動量輸送係数から予想される回転分布と実際の分布を比べることで、外部トルクと輸送のみでは説明できない自発回転の存在と、その特性を見いだした。
波多江 仰紀; 成原 一途*; 山田 一博*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 南 貴司*; 舟場 久芳*; 梶田 信*; 北村 繁; et al.
no journal, ,
トムソン散乱計測において、プラズマを透過したレーザー光は、プラズマによる減衰がほとんどないため、位相共役鏡で折り返して再利用し、一対の位相共役鏡間にレーザービームを閉じ込めることにより、散乱光を数倍以上に増大させるマルチパストムソン散乱法をこれまでに提案した。本研究では、この手法を発展させ、レーザービームの往路と復路の散乱光を、ディレイラインを用いて時間的に分離し、それぞれのスペクトルを独立に評価することにより、高時間分解でトムソン散乱計測を行うことを目的とする。本研究における実証試験は大型ヘリカル装置(LHD)で行う。LHDでは典型的な散乱角が167
であり、比較的大きな散乱角を有するため、前方・後方散乱配置による測定温度領域の拡大も期待できる。本研究の準備段階として、計測用のレーザーとして使うために、既存の試験用のYAGレーザー装置(既製品、2台)を用いて改造を行う。この改造では、1台目のレーザー(Continuum Precision II、レーザーエネルギー0.65J)を、発振器と初段アンプに、2台目のレーザー(Continuum Precision、レーザーエネルギー1J程度)を位相共役鏡搭載パワーアンプとして用いる。位相共役鏡を用いてダブルパス増幅を行い、エネルギー1.5J程度、繰り返し
10Hzの性能を目標として改造中である。
井戸村 泰宏; 浦野 創; 相羽 信行; 徳田 伸二
no journal, ,
完全トーラス配位においてジャイロ運動論的full-fブラゾフコードGT5Dを開発した。これまで、従来の粒子コードとの詳細なベンチマークによって、GT5Dでは新しい無散逸保存型スキームにより長時間乱流計算に必要な精度と数値安定性を両立できることを実証した。さらに、速度空間緩和過程として重要な粒子衝突効果を線形フォッカー・プランク演算子によって実装し、新古典効果を矛盾なく取り扱えるトカマク乱流コードが完成した。このコードをイオン温度勾配駆動乱流に適用し、分布形成等の長時間ダイナミクスを調べた。
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.
no journal, ,
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。
