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神谷 健作; 坂本 宜照; 松永 剛; 小島 有志; 浦野 創; 大山 直幸; 小出 芳彦; 鎌田 裕; 居田 克巳*
no journal, ,
JT-60UのHモード境界において、径電場の複雑な遷移現象が観測された。径電場は径方向の力のバランスから評価しており、分光測定による完全電離された炭素イオンの圧力勾配とポロイダル及びトロイダル回転速度の実測値を用いている。LモードからHモードへの遷移の後、時間的にゆるやかに-40kV/m程度の負電場が形成される。ELMなしHモード中に第2遷移が起こると、ポロイダル回転項のみが数ms以内に変化し、-80kV/m程度の大きな負電場が形成される。一方、第2遷移の後に第1遷移の状態に戻る場合があり、その際もポロイダル回転項の変化で径電場分布が元に戻っていることが確認された。通常のL/H遷移ではポロイダル回転の自発的なスピンアップが観測され、径電場の形成とともに大きな圧力勾配が成長するが、今回の観測結果はHモード中に主イオンの大きな圧力勾配の変化がなくても自発的に電場が遷移することを示している。
谷本 壮; 榊 泰直; 西内 満美子; 福田 祐仁; 堀 利彦; 西尾 勝久; 近藤 公伯
no journal, ,
これまで高繰り返しのレーザーを用い、レーザー駆動によって生成した高エネルギーイオンの検出器として、イオン計測のノイズ源となり得るプラズマから発生する電子やX線に感度がないCR-39等の固体飛跡検出器が用いられている。しかしながら、CR-39は、解析を行うためにエッチングなどの化学処理や顕微鏡などを用い高エネルギーイオン入射時に形成されるピットの形状,ピット数をオフラインで調べなければならず、ワンショットあたりのプラズマパラメーターの揺らぎを持つレーザーパラメータと比較しながら統計的に調べ、物理現象を理解するには適していない。そこで本研究では、原子核実験で高エネルギーイオンの計測器として用いられているMulti-Wire Proportional Counter(MWPC)をレーザー駆動粒子線計測用に調整し、レーザー駆動によって生成した高エネルギーイオンを用い、プラズマパラメーターの解析を行うことを考え、予備実験的にリアルタイム計測を行った。
宮戸 直亮; Scott, B. D.*
no journal, ,
ジャイロ運動論モデルなどの簡約化モデルは、粒子相空間から案内中心相空間へ移り、速いジャイロ運動を他の運動から分離することで構築される。最近、強いプラズマ流を含む簡約化モデルが構築されたが、その案内中心相空間の積分で定義される流体モーメントと、通常の粒子流体モーメントとの関係を明らかにし、標準的なジャイロ運動論の場合と比較する。特に、粒子密度の案内中心流体モーメントによる表現、あるいは簡約化モデルにおける準中性条件について議論する。
飛田 健次
no journal, ,
炉設計の立場から、核融合プラントにおけるトリチウム経済について考察する。トリチウム経済を高めるためには、供給したトリチウム燃料をエネルギー生産に有効に利用することが必要である。このためには、プラント内でのデッドインベントリを低減するとともに、燃料循環にかかわるサブシステムでのトリチウム滞留量の抑制が求められる。プラント全体でのトリチウム循環量は炉心プラズマでのトリチウム燃焼率に比例するので、燃焼率は極力増加させたいが、これにはヘリウム濃度の上昇を伴うため上限があり、その値は0.01程度である。各サブシステムでのトリチウム滞留量はプロセスの処理速度に比例する。現状の技術での滞留量を見積もると、プランケットは約500g、D/T同位体分離系は約100gと小さいのに対し、燃料ペレット生成系では5kgという大量のトリチウムインベントリが生ずるおそれがあり、ペレット生成時間を大幅に短縮するための技術開発が求められる。第一壁共堆積層へのトリチウム吸着については現段階では不明点が多く、評価するためには動力炉の第一壁に相当する高温でのデータ取得が今後の重要な研究課題となる。
高瀬 治彦
no journal, ,
BA活動IFERC原型炉設計として実施している炉心プラズマ燃焼率改善について発表する。核融合炉におけるトリチウムの燃焼率は数%と低く、トリチウムの装荷量は相当量必要であり、その取扱いには十分な配慮が必要であり、トリチウム量を削減するためには燃焼率の改善が望まれる。パワーバランス解析でITERをサンプルに燃焼率を改善しようとすると、運転領域が狭くなり、燃焼率3%程度で閉じ込め改善度1の領域がほぼ限界となり、あまり削減できない。他方、重水素,トリチウムの割合を50:50から70:30にするとトリチウムの使用量は33%削減できる。このようにトリチウムの使用量を削減する工夫が必要で、熱出力を保ちながら、トリチウム量を減らす炉設計がこれからは必要となるであろう。
滝塚 知典
no journal, ,
定常トカマク核融合炉の電流駆動方式として、空間的効率を考慮すると、電子サイクロトロン電流駆動ECCDが第一候補となる。経済的な高Q運転のための電流駆動パワー減少法として、低密度で高温の炉心プラズマを採用する場合はダイバータの巨大な局所的熱負荷が問題となる。一方自発電流割合を上げて駆動電流割合を小さくする場合は、炉心プラズマは制御が非常に難しくなり、商業炉としてはリスクを抱えることになる。このリスクを低減するためには、電流駆動効率を向上させることが最も重要と考える。低域混成波電流駆動のように高速テール成分を生成できれば、駆動効率を大幅に上昇することができる。ECCDでもMHD不安定性により生じる磁気島中に電流駆動するときは、擬有理面の磁気島中で共鳴電子は衝突減衰する前に何度も共鳴点を通過することができるので、テールの生成が可能となる。この原理を拡張し、非有理面でも何回も共鳴点通過ができるように、磁力線に沿って複数のアンテナを設置する方法を提示する。
小林 貴之; 諫山 明彦; 星野 克道; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 佐藤 文明; 和田 健次; 大関 正弘; 横倉 賢治; et al.
no journal, ,
JT-60SA電子サイクロトロン加熱・電流駆動装置のアンテナは、直線駆動方式とすることにより真空容器内での冷却水漏洩のリスクを低減する計画である。今回、本アンテナを実現するための詳細な構造、機械及び光学設計を行ったので報告する。特に2次元ビーム駆動の実現に重要な機器である、直線駆動用の長尺ベローズと、ベローズ軸に垂直方向の変形による駆動軸の回転用ベローズ等について、試験体を製作しそのスムーズな動作を確認し、JT-60SAで要求される角度範囲を実現できる見通しを得た。また低電力試験を実施し、2次元駆動時のビーム空間分布を測定して計算と一致することを確認した。
プラズマにおけるMHDモードの相互作用松永 剛; 相羽 信行; 篠原 孝司; 朝倉 伸幸; 諫山 明彦; 大山 直幸; 浦野 創; 鈴木 隆博; 武智 学; 坂本 宜照; et al.
no journal, ,
JT-60Uにおける壁なし安定性限界を超えた高プラズマで、高エネルギー粒子駆動不安定性が周辺局在化モード(ELM)を誘発する現象が観測されている。またELMによるペデスタル崩壊の衝撃によって、n=1のゆっくりした磁場変位が観測されている。前者は高エネルギー粒子駆動不安定性とELMの、後者はELMと安定な抵抗性壁モードの相互作用と思われる。これらの現象は、ITER及びDEMOに向けた核燃焼かつ高プラズマにおけるMHD安定性及び相互作用として重要となる現象であり、本講演にてこれらの詳細について紹介する。
中村 誠俊; 芝間 祐介; 正木 圭; 逆井 章
no journal, ,
サテライトトカマク装置(JT-60SA)は、国際熱核融合実験炉(ITER)への支援研究,原型炉に向けた補完研究を担う。JT-60SAの機器のうち、真空断熱,放射線遮蔽及び主要機器を支持するクライオスタットの設計の現状と、その上蓋の構造健全性について報告する。クライオスタットはベース部及び胴部で構成され、胴部の上蓋で最終閉止する。ベース部は既に製作中であるが、胴部は設計中である。クライオスタットでは内部を10
Paまで排気して真空断熱するため、組立て後に真空シール溶接をする。通常運転時には大気圧の他に、熱荷重及び電磁力が作用する。上蓋の構造健全性は、ボルト締結,真空シール溶接等を考慮して評価する必要がある。各荷重により発生する応力を分類したうえで健全性を評価し、必要に応じて補強を検討したので、その結果を報告する。
朝倉 伸幸; 林 孝夫; 芦川 直子*; 福本 正勝
no journal, ,
JT-60Uにおける12年間の実験終了後に容器内で収集されたダスト粒子の測定結果を発表する。ダスト粒子の収集は真空ポンプによりフィルターの収納されたホルダーの後方から吸引する方法で、プラズマが直接照射されるタイル表面や直接には照射されないタイルの設置台座及び排気経路を細かく区分し収集した。タイル表面の中では、炭素の堆積層が多く観測される内側ダイバータでのエリア密度が高い。最も多くのダストはダイバータ下の排気経路に蓄積されることが、6年間の運転後に行われた初めてのダスト収集結果と同様に観測された。しかし、エリア密度は4-7倍程度大きく、2003年から実施された1放電におけるNB入射時間の延長、あるいは収集したトロイダル位置が違うことによる非対称性が要因として考えられる。採集したダスト粒子の大きさや形状の特性は、デジタル顕微鏡と画像解析により定量的に評価を行い、平均直径10-20
m以下のダスト粒子は分布を持つこと、20m以上の大きなダストはおもに堆積層の一部が放出された可能性が高く総体積や重量に大きく寄与することなどが明らかとなった。
諫山 明彦; 松永 剛; 石井 康友; 坂本 宜照; 森山 伸一; 鎌田 裕; 小関 隆久; JT-60チーム
no journal, ,
新古典テアリングモード(NTM)に起因する磁気島はプラズマの閉じ込め性能を劣化させ、さらにはディスラプションを引き起こす場合があることから、電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)により抑制することが必要と考えられている。JT-60Uでは過去に、ECCD位置と磁気島中心との距離が磁気島幅の半分程度以内のときには安定化効果が現れ、その距離が磁気島幅と同程度のときには不安定化効果が現れることを示した。今回、これらの場合におけるプラズマ回転の変化について解析を行った。NTM安定化の場合、ECCD前に約4kHzであったモード周波数が完全安定化時には約5.5kHzに上昇するのが観測された。一方、NTM不安定化の場合はモード周波数が減少し、ECCD off後には磁場揺動強度の減少とともにモード周波数が増加した。一連の結果から、磁場揺動強度の増加とともにモード周波数が緩やかに減少することが明らかとなった。また、モード周波数が2.7kHz程度(完全安定化時のモード周波数の約半分)になったとき、モード周波数が0.5kHz程度に急激に減少することが観測された。電子サイクロトロン放射測定により、このフェーズでも変化前と同様の磁気島構造が維持されていることを確認した。ECCD off後には磁気島幅が減少し、その幅が約10cm(小半径の約10%)になったときモード周波数が急激に増加した。これらの結果は、上記の急激な変化が遷移状の変化であり、ある磁気島幅ではモード周波数が2つ存在し得ることを示唆している。
宇藤 裕康; 飛田 健次; 高瀬 治彦; 染谷 洋二; 朝倉 伸幸
no journal, ,
原型炉における設計パラメータが炉の性能に及ぼす影響を明らかにするため、炉設計システムコードを改良し、各設計パラメータの感度解析を行った。システムコードは、プラズマの幾何形状,概略物理パラメータ及び炉工学に関連する要求値又は拘束条件の下で、整合性の取れた設計パラメータセットを求めるコードであり、設計パラメータの系統的な解析・評価に有効である。本システムコードの改良では、新たに磁場強度解析部分にTFコイルの設計コードSCONEを、物理パラメータ解析部分にq値や密度・温度分布などと整合性のある物理モデルを導入することで、装置サイズとコイル設計の成立性を含めるとともに、ブートストラップ電流値や電流駆動パワー等の評価値の信頼性を上げ、より整合性が取れた原型炉の運転領域の検討が可能になった。本発表では、超伝導コイル線材による違いに加え、q値及び密度・温度の分布の効果を含めた際の設計パラメータの傾向と原型炉における運転領域の検討結果について示す。
川島 寿人; 星野 一生; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 櫻井 真治
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先進トカマク装置JT-60SAダイバータでの熱粒子制御性シミュレーションをSONICコードにより実施している。最終ダイバータ形状において、最高加熱パワー41MWにおける熱粒子制御(ダイバータ熱負荷を許容値15MW/m
以下にすることや主プラズマエッジ密度を要求値に保つことなど)がガスパフ,ダイバータ排気及びアルゴン不純物入射によって可能であることを示した。今回は、加熱パワーを10MWから41MWまで段階的に変化させた場合のダイバータ熱負荷やエッジ密度などの特性を調べた。高電流高密度プラズマでは、ダイバータ熱負荷が加熱パワーに対し直線的に変化し、その依存性が強いことを示した。エッジ密度はパワーよりもむしろ供給されるイオン粒子束に強く相関して変化することがわかった。一方、低エッジ密度が要求される完全電流駆動プラズマでは、41MWにおいてアルゴン不純物導入によって低密度、低熱負荷を達成したが、17MW以下ではアルゴン不純物なしでもその条件を満足できることがわかった。このように熱負荷やエッジ密度の制御領域を予測することによって、JT-60SA実験に対する見通しを得た。
染谷 洋二; 飛田 健次; 宇藤 裕康; 高瀬 治彦; Liu, C.; 朝倉 伸幸
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現在までの核融合炉ブランケットではトリチウム増殖材(Li
TiO
etc.)と中性子増倍材(Be)を積層に分離した構造が採用されている。しかしながら、この概念ではプラズマに近い領域に溶接個所が必要になり、高い中性子損傷を受ける原型炉においては、溶接個所の強度低下が懸念される。この問題を解決するため、中性子増倍材に化学的に安定なBe
Tiを採用し、トリチウム増殖材と混合し、前方での溶接を必要としないブランケット概念の研究を行っている。1次元コードANIHEATを用いて解析した結果、Li
SiO及びBeTiとの混合ブランケットにおいて、ブランケット厚さが0.55mのときに目標の正味トリチウム生成率(
1.05)を確保できることがわかった。他方、実際のブランケット形状に近い計算体系を模擬できる2次元コードDOHEATにおいてブランケット内での温度分布を最適化した場合、1次元体系と比べてLocal TBRが約0.05減少することが明らかになった。2次元コードDOHEATを用いた混合増殖材ブランケットの最適化及び3次元コードMCNP-5の結果に基づく考察を合わせて紹介する。
安元 孝志*; 松浦 秀明*; 島川 聡司; 中尾 安幸*; 河内 昌平*; 中屋 裕行*; 後藤 実; 中川 繁昭
no journal, ,
初期のDT核融合炉では大量のトリチウムが必要である。初期核融合炉用トリチウム生産法として現在想定されているのはCANDU炉やDD核融合を利用したものである。前者は重水素の捕獲断面積の小ささにより1基では十分なトリチウム生産量の確保が難しく、後者はDD核融合炉の成立性の問題があり、初期装荷トリチウム燃料をどのように確保するかは未だ明確には定まっていない。本研究で着目する高温ガス炉は国内をはじめとして米国,中国などで研究開発が進んでいる。国内では日本原子力研究開発機構大洗研究開発センターに設置された高温工学試験研究炉HTTR(熱出力30MW)が稼働中で、中国では発電用実証炉HTR-PM(熱出力250
2MW)が着工予定である。本研究では、大きな中性子照射領域を持つ高温ガス炉内の低エネルギー中性子(熱中性子)を利用した、リチウムの中性子照射によるトリチウム生産を連続エネルギーモンテカルロ燃焼計算コードMVP-BURNを使って計算し、高温ガス炉を用いた初期核融合に用いるトリチウム生産の有効性と実現可能性について検討した。
中川 敦引*; 廣安 知之*; 森林 健悟; 剣持 貴弘*; 和田 元*
no journal, ,
放射線損傷メカニズムを解明するため、DNA塩基の電子電離断面積の評価が必要となる。実験的に断面積を測定するには、DNAを高温の蒸気として真空内に導入し、電子衝撃反応を起こすことが一般的である。蒸発の際、供給DNAは加熱により一部分解している可能性がある。そこで計測の際の電子衝撃やイオンアタッチメント時の分子フラグメンテーションがDNAを蒸散させる際の温度によりどのように変化するか理論的,実験的に調査する必要がある。そこで本研究ではDNA塩基のうちアデニンに注目し、蒸散供給する際の分子量を実験的に計測する。最終的には、電荷付与時の分子の分解を低減するためイオン付着法を採用する予定であるが、その前段階として、電子衝撃時の分子分解について実験を行う。講演では、電子衝撃時の分子分解の実験装置の概要及びこの電子衝撃によるフラグメーションパターンの解析結果を示す。
田尻 訓啓*; 廣安 知之*; 和田 元*; 剣持 貴弘*; 桐山 博光; 大東 出; 笹尾 一*; 鈴木 将之; 岡田 大
no journal, ,
現在、レーザー駆動型加速を用いて加速器サイズを1/10程度まで小型化させることで、重粒子線癌治療を普及させようと研究が進められている。医療利用するには、100MeV以上の粒子線を生成する必要がある。このためには、100TWの高ピーク出力,フェムト秒オーダーの超短パルスを有する高強度レーザーが必要である。本研究では、次期小型・高強度レーザーに適用可能な固体材料の分光学的特性を調査し性能評価を行う。固体材料には、(1)高い効率を得るために半導体レーザー励起ができ、(2)高いピーク出力を可能とするため広い蛍光スペクトル帯域を有し、(3)大型化が可能なYb系セラミック材料を用いる。ドーパント濃度,ホスト材料を変化させ、蛍光スペクトル,吸収スペクトル並びに蛍光寿命の測定を行う。得られたデータをもとに誘導放出断面積等の解析を行い、システムの最適設計を行う。発表では、蛍光スペクトル、及び蛍光寿命から算出した誘導放出断面積とドーパントの濃度及びホスト材料の相関関係について報告する。
森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 星野 克道; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; et al.
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JT-60SAに向けてECRF装置の高パワー長パルス化開発を行っている。1MW, 100秒出力を目指したジャイロトロン開発においてはモード変換器の改良により、これまでパルス幅を制限していたDCブレーク部への回折RFのパワーを大幅に減少させることに成功した。現在の達成値は1MW, 31秒(30MJ)である。これにより過去にパルス幅を制限していたDCブレーク部冷却水過熱の問題は解消され、ジャイロトロン内のガス出しを進めることで、さらなるパルス延伸が可能である見通しが確実なものとなった。伝送ラインにおいてはこれまでマイターベンドなど主要機器のみを強制冷却していたが、導波管自体を冷却してその有効性を確認した。30秒程度のパルス幅ではショット中の冷却効果は限定的であるがショット間のベース温度を低く保つうえで非常に効果的である。今後、負荷回路伝送ラインを現在の内径31.75mmの導波管からJT-60SAで用いる60.3mm導波管に置き換える改良等を行ったうえで効率よくジャイロトロンのエージングを進め、JT-60SAに必要な100秒出力の確認を目指す計画である。
プラズマ放電におけるマイナーコラプスとメジャーディスラプション時の電流減衰時間の比較柴田 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.
no journal, ,
JT-60Uの高プラズマ放電ではマイナーコラプスが多く発生している。マイナーコラプスはメジャーディスラプションとは違い、一度プラズマの閉じ込めは悪くなり電流減衰が始まるが、その後、定常状態時のプラズマ電流まで回復する。電流減衰時間の制御の観点から考えるとこの現象を調べることにより、電流減衰時間の制御方法の確立を行える可能性がある。そこで、本研究ではマイナーコラプスとメジャーディスラプション時の電子温度や磁気計測などのプラズマ計測を比較することにより両現象中の電流減衰の違いを調べた。両現象において電流スパイク発生中では内部インダクタンス
は上昇するが、マイナーコラプスの電流減衰時ではは緩やかに減少、ディスラプションの電流減衰時では引き続きが上昇するという異なる振舞いをしていた。また、マイナーコラプスでは電流減衰時のプラズマ周辺部の電子温度
は一旦減少し、その後元の状態まで回復するが、ディスラプションでは周辺部からの減少が始まり、最終的にプラズマ中心部のも低下していた。このことから、電流減衰時のの変化が異なる原因の1つとしての振る舞いの違いが考えられる。
井戸村 泰宏; Jolliet, S.; Camenen, Y.*
no journal, ,
グローバルジャイロ運動論的full-fブラゾフコードGT5Dの運動論的電子モデルを開発し、ITG-TEM乱流の線形解析を行った。この解析において局所フラックスチューブジャイロ運動論コードGKWとのベンチマークを実施し、有限プラズマサイズ効果によって発生するモード構造の変化とそれに伴う残留応力の発生を発見した。さらに、この残留応力はITG及びTEMそれぞれが支配的なパラメータ領域で符号が逆転することを発見した。この結果は主要なモードによって残留応力が駆動するプラズマ回転の向きが変化しうることを示している。