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梶原 健; 春日井 敦; 高橋 幸司; 池田 佳隆; 今井 剛; 安納 勝人; 芳賀 浩一*; 坂本 慶司; 横倉 賢治; 下野 貢; et al.
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.372 - 375, 2000/00
ITERや定常トカマク炉においてはECRFによる局所的な電流駆動により電流分布を制御しMHD不安定性を抑制することが期待されている。これを達成するために電子サイクロトロン周波数帯での発振管であるジャイロトロンの長パルス化や、入射位置の実時間制御の技術が不可欠である。現在、JT-60U用の高パワー長パルスECRFシステムを構築している。本システムは1MWジャイロトロン3本からなり、5秒以上の入射を目標としている。これまでにすでに1系統が稼動し、1MW-2秒、0.5MW-6秒の世界トップクラスの運転に成功した。この時の各部の温度上昇を調べたところ、いずれも設計値に近く長パルス化に対して熱負荷による問題は起こらないことを確認した。また、低電力RF試験により、アンテナからのビームの広がりがプラズマ位置で約10cm程度であり計算値に近いことを確認した。さらに、高パワーのプラズマ入射においては局所的な電子加熱を検証した。今後、アンテナの位置の実時間制御を実現し、3MW化と合わせ不安定性抑制の本格的な実証実験を行う予定である。
栗原 良一; 西尾 敏; 植田 脩三; Polevoi, A. R.; 青木 功; 安島 俊夫*; 岡田 英俊*; 長谷川 満*; 牛草 健吉
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.553 - 557, 2000/00
商業発電炉は、日中や季節ごとの電力需要の変化に応じて炉の出力制御が可能である方が望ましい。従来、自己点火プラズマの核融合炉にとって出力制御は容易でないと考えられてきた。本論文は、将来の定常核融合動力炉において核融合出力制御が可能であることを明らかにした。原研で検討している革新的定常核融合炉A-SSTR(定格出力4.0GW)を例に、外部から容易に制御できる加熱電流駆動パワー,電子密度,プラズマ電流を変化させることにより、どの程度、核融合出力を変化させることができるか、電流駆動解析コードACCOME及び1.5D輸送コードTOPICSを用いて評価した。その結果、定格運転パラメータからプラズマ電流を25%、電子密度を38%、加熱電流駆動パワーを25%の範囲で変化させ、定格核融合出力の66%まで下げられることを明らかにした。
藤田 隆明; JT-60チーム
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.87 - 93, 2000/00
JT-60Uにおいては、トカマクの定常運転の科学的実証に向けて高ポロイダルベータモードと負磁気シアモードの最適化を進めている。前者においては、圧力分布の最適化により高三角度配位にて規格化ベータ2.9、Hファクター2.2~2.4を維持した。定常性能は抵抗性のMHD不安定性により制限された。電子サイクロトロン波の入射による抵抗性不安定性の振幅の減少を観測した。負磁気シアモードにおいては、等価核融合エネルギー増倍率0.5を0.8秒間維持した。維持時間は安全係数の極小値が2となった時に発生するコラプスにより制限された。高三角度の負磁気シアHモードにおいて、自発電流による負磁気シア配位の維持を実証し、定常的な圧力分布及び電流分布の下でHファクター3.6、規格化ベータ2を2.7秒間維持した。Hモードプラズマへのアルゴンガスの入射により、グリンワルド密度の70%の高密度領域においてHファクター1.4を得た。
河野 康則; 千葉 真一; 井上 昭*
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.397 - 401, 2000/00
JT-60Uでは、これまで赤外炭酸ガスレーザ光を光源とする電子密度計測用の干渉計及び偏光計を開発し、JT-60Uでの計測実験を通してそれらの大型トカマクにおける有用性を実証してきた。ここで、将来の定常核融合炉での電子密度計測では、数ヶ月に及ぶ長時間での信頼性維持が重要な鍵となるが、JT-60Uの実験放電時間は十数秒程度ということもあって、この観点での議論は十分ではなかった。そこで、今回の講演では、上記の干渉計、偏光計で得られた計測データを長時間信頼性の面から評価した結果を中心に報告する。
庄山 裕章; 春日井 敦; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 梶原 健; 池田 佳隆; 藤井 常幸; 假家 強*; et al.
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.368 - 371, 2000/00
電子サイクロトロン周波数領域の電磁波源は核融合炉の定常運転にとって最も有望なツールの一つである。国際熱核融合実験炉(ITER)には、100GHz帯、1MWにおいて電子サイクロトロン加熱/電流駆動及びMHD安定化のために定常運転可能なジャイロトロンが必要とされている。ITER用ジャイロトロン開発の一環としてJT-60U用に110GHz、1MWの長パルスジャイロトロンの開発をおこない、基礎特性の検討と秒オーダーの長パルス運転時に問題となる不要RFによるジャイロトロンを構成する誘電体部品の加熱の評価と対策の検討を行った。
三枝 幹雄*; 武井 奈帆子*; 金澤 貞善*; 菊池 祐介*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 今井 剛
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.383 - 386, 2000/00
トカマクにおける電子サイクロトロン加熱及び電流駆動の高効率化、さらに、高周波加熱結合系の簡素化をめざして、深溝型偏波板を考案し、その効率的な使用法を提案した。加熱・電流駆動の最適化には、入射角度に応じた偏波を持たせることが必要である。このために、トカマク・プラズマ表面に任意の角度で最適な偏波を入射できる偏波板の結合特性を、数値計算により評価した。
渡邊 和弘; 秋場 真人; 秦野 歳久; 今井 剛; 栗山 正明; 小原 祥裕; 奥村 義和; 辻 博史
Proceedings of 10th International Toki Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion (ITC-10), p.525 - 529, 2000/00
原研における定常トカマク炉に向けての主要な工学技術の開発状況について述べる。電流駆動のための高エネルギーNBIについては、負イオンの1MeV加速、30mA/cm
の高電流密度負イオン生成、140時間の負イオン連続生成等にそれぞれ成功し、MeV級のNBI実現の見通しを得た。またRF加熱では、170GHzで450kW,110GHzで1MWの発振出力を、ダイヤモンド窓を用いることにより成功し、ECRF装置の見通しを示した。トカマク本体の工学技術に関しても、F82Hを用いた低放射化のブランケットモデルで2.7MW/mの熱負荷5000サイクル以上を確認し、ダイバータ実規模モデルにおいても、定常熱負荷5MW/mで3000サイクル以上、20MW/m・10Sで1000サイクル以上を確認し、実現性を示した。プラズマ閉じ込めの大型超伝導磁石については、46kAで13Tの磁場を1T/sの速度で発生できる中心ソレノイドコイルモデルを製作し、試験を開始した。
H-mode discharges in JT-60U諫山 明彦; 鎌田 裕; 小関 隆久; 井手 俊介
Proceedings of 10th International Toki Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion (ITC-10), p.94 - 98, 2000/00
JT-60Uでは加熱分布や圧力分布を最適化することにより、高Hモードプラズマを長時間維持するのに成功しているが、
値が高い領域では抵抗性不安定性が発生し閉じ込め性能が劣化する。この不安定性は、(1)密度が低いほど発生しやすい、(2)値が高いほど発生しやすい、(3)不安定性飽和時の磁場揺動の振幅は値とともに大きくなるなどの特徴がある。これらの特徴は新古典テアリングモードの特徴と似ていて、特に(2)と(3)は古典的なテアリングモードとは逆の傾向を示す。理論計算の結果でも本抵抗性不安定性は新古典テアリングモードの性質を示すことがわかった。また、1999年、電子サイクロトロン(EC)波を入射して不安定性を安定化する実験を行った。ECE計測装置で同定した不安定性発生場所にEC波が吸収されるように入射角を調節した結果、特定の放電で磁場揺動の振幅と磁気島付近の電子温度揺動が減少することを観測した。