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論文

Gyrofluid simulation on the nonlinear excitation and radial structure of geodesic acoustic modes in ITG turbulence

Li, J. Q.*; 岸本 泰明; 宮戸 直亮; 三木 一弘*; Anderson, J.*; Shi, B. R.*

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012027_1 - 012027_11, 2008/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:46.61

トカマクプラズマ中の測地的音響モード(GAM)の非線形励起と飽和及びその径方向構造を新規に開発したジャイロ流体モデルを用いて調べる。第一にイオン温度勾配(ITG)揺動とGAMについての従来の3場ジャイロ流体モデル化に対する経験的クロージャー関係を提出する。帯状流の減衰について理論的予測や他の運動論的計算と比較することによって正確に調べられる。それから局所コード及びそのグローバル版がITG乱流によるGAMの非線形励起シミュレーションに用いられる。これによりGAM不安定性が非線形駆動と無衝突減衰との競合の下で非線形的に励起されることが発見される。GAM不安定性に対するポンプ波の振幅の閾値は帯状流不安定性のそれよりも高い。一方、不安定なGAMはおもにランダウ減衰により飽和する。これは静的な帯状流とは異なる。さらにGAMの径方向構造が$$k_rrho_ileq 1.0$$であることが示される。これは純粋な帯状流のそれよりも短い。

論文

Progress and issues in understanding the physics of ELM dynamics, ELM mitigation, and ELM control

大山 直幸

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012002_1 - 012002_17, 2008/00

 被引用回数:37 パーセンタイル:99.35

本論文では、ITERにおける重要課題の1つになっているELMのダイナミクス・低減・制御に関する最新の研究成果をレビューする。ELMのダイナミクスに関しては、前兆振動,ペデスタル崩壊時のフィラメント構造,ELMにより失われるエネルギーのトロイダル回転依存性,周辺部安定性等に関する研究が進展した。ELMの低減に関しては、NSTX装置で観測されているtype V ELMの運転領域拡大,JT-60Uで観測されているGrassy ELMにおけるELM周波数とトロイダル回転の依存性,DIII-DやJT-60Uで観測されているQHモードのEHO発生とトロイダル回転の関係等に関する研究成果が報告されている。ELMの制御に関しては、ペレットや外部コイルを用いた能動的ELM制御についてITERへの適用性を議論した。ELMに関する3項目すべてにおいてトロイダル回転が重要なパラメータとなっており、ITERプラズマでのトロイダル回転の予測研究の重要性が高まった。

論文

Effect of toroidal field ripple and toroidal rotation on H-mode performance and ELM characteristics in JET/JT-60U similarity experiments

大山 直幸; Saibene, G.*; 鎌田 裕; 神谷 健作; Loarte, A.*; L$"o$nnroth, J.*; Parail, V.*; 坂本 宜照; Salmi, A.*; Sartori, R.*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012015_1 - 012015_13, 2008/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:91.13

JETとJT-60Uにおいてトロイダル磁場リップルと周辺トロイダル回転がHモード・ペデスタル性能やELM特性に与える影響を調べた。JT-60Uでは、フェライト鋼の設置により平均磁場リップルを約1.2%から約0.5%に低減することができた。一方、JETでは、コイル電流を変えることでリップル率を能動的に変化できる。どちらの装置も、リップル率を増やすとプラズマ電流方向(co方向)のトロイダル回転が減少する。しかし、同じリップル率0.5%で比較しても、JETの回転よりJT-60Uの回転は小さい。一連のパワースキャン,密度スキャンの結果、小さいリップル率か大きなco方向回転が高いペデスタル性能と閉じ込め性能には適していることがわかった。ELM特性に関しては、大きなco方向回転がELMによるエネルギー損失を増加させると考えられる。

論文

Effect of equilibrium properties on the structure of the edge MHD modes in tokamaks

相羽 信行; 林 伸彦; 滝塚 知典; 徳田 伸二; 小関 隆久

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012008_1 - 012008_11, 2008/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.64

エッジローカライズモード(ELM)の原因の1つである周辺理想MHD不安定性のモード構造に対する平衡量、特にプラズマ断面形状と周辺部ペデスタル領域よりも内側の圧力分布の影響について数値解析を行った。その結果、ペデスタル領域の幅は同じであってもペデスタル領域よりも内側の圧力勾配を大きくすることにより、モード構造がプラズマ中心方向に広がった不安定性が発生すること、さらにこのようなモード構造の広がりはプラズマ断面形状が強く非円形化されている(楕円度・三角度が大きい)方が顕著に表れることを明らかにした。これは、非円形度の大きいプラズマではペデスタルを含むプラズマ周辺領域とそれよりもプラズマ中心に近い領域におけるバルーニングモードの安定化効果の差が大きくなるため、ペデスタル内側における圧力勾配がペデスタル領域における安定限界圧力勾配よりも小さくてもバルーニングモードの安定限界に近づくことが可能となることにより、ペデスタル・ペデスタル内側の各領域を跨いだ構造を持つ不安定モードが現れることが原因であることを示した。

論文

Simulation study of density dynamics effect on the ELM behavior with TOPICS-IB

林 伸彦; 滝塚 知典; 相羽 信行; 小関 隆久; 大山 直幸

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012025_1 - 012025_10, 2008/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:84.58

周辺部局在モード(ELM)に対する密度ダイナミクス効果を、統合コードTOPICS-IBによるシミュレーションで調べた。そのために、中性粒子モデルをTOPICS-IBに統合した。TOPICS-IBが、密度ダイナミクスを含めたプラズマ全体の挙動をシミュレーションできることを確かめた。ELM前の密度分布とELM中のスクレイプオフ層(SOL)密度の上昇のために、実験で観測されたようにELMによる粒子損失は衝突周波数に依存しないことがわかった。以前の研究のように衝突周波数を人為的に増倍する代わりに、密度・温度を変えることにより、ELMによるエネルギー損失の衝突周波数依存性がブートストラップ電流とSOL輸送に起因することを確かめた。さらに、温度緩和の効果によりイオンの対流損失と荷電交換損失が衝突周波数依存性を強めることを明らかにした。

論文

ELM propagation in the low- and high-field-side Scrape-off Layer of the JT-60U tokamak

朝倉 伸幸; 川島 寿人; 大野 哲靖*; 松永 剛; 仲野 友英; 大山 直幸

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012009_1 - 012009_11, 2008/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.64

JT-60Uトカマクでは可動静電プローブによるスクレイプ・オフ層プラズマの高速測定が行われELMにより排出された熱・粒子の伝搬が測定されている。第一壁への熱負荷を増加する要因と考えられる磁力線方向に伸びた線状のプラズマ束(フィラメント)の運動について、初めて測定された高磁場側スクレイプ・オフ層での結果と低磁場側での伝搬特性とを比較した。イオン飽和電流の高速測定により複数のピークが観測され、プローブ位置をフィラメントが通過したと考えられる。フィラメントは、高磁場側ではセパラトリクス付近で特に多く観測され、トロイダル方向へ回転しながらダイバータ方向へ高速(イオン音速)で移動する。複数のピークの時間間隔とそれぞれのピークの時間幅から、フィラメントのトロイダルモード数は15$$sim$$25、ポロイダル方向の広がりは、2$$sim$$4cm程度と評価される。低磁場側での観測結果は、モード数は約1.5倍、大きさは同程度であることを示唆する。さらに、フィラメントが通過した後、プラズマ流の逆流が高磁場側SOLの広い範囲で観測され粒子や不純物イオンの輸送に大きく影響を及ぼすと考えられる。

論文

Comparison of the spatial and temporal structure of type-I ELMs

Kirk, A.*; 朝倉 伸幸; Boedo, J. A.*; Beurskens, M.*; Counsell, G. F.*; Eich, T.*; Fundamenski, W.*; Herrmann, A.*; 鎌田 裕; Leonard, A. W.*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012011_1 - 012011_10, 2008/00

 被引用回数:22 パーセンタイル:97.86

トカマク・プラズマ周辺部で発生するタイプ-1ELMにより、熱・粒子はスクレイプ・オフ層に排出され、一部は磁力線方向に伸びた線状のプラズマ束(フィラメント)として伝搬が測定されている。本論文は、多くのトカマクで測定されたフィラメントの形状及び発生から第一壁へ向かう運動についてまとめた。フィラメントは、プラズマ周辺部でELM発生前に生成されるが、ポロイダル方向に伸びた断面形状であり装置の大きさに伴い増加する。排出されたフィラメントのトロイダル方向の回転速度は低下するが、半径方向に伝搬する速度はそのまま維持される傾向があり、第一壁への熱負荷の主な原因となる。1本のフィラメントは、ELMによりスクレイプ・オフ層に排出されたエネルギー損失全体の最大2.5%である。

論文

Effects of low central fuelling on density and ion temperature profiles in reversed shear plasmas on JT-60U

竹永 秀信; 井手 俊介; 坂本 宜照; 藤田 隆明; JT-60チーム

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012037_1 - 012037_8, 2008/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:64.11

JT-60Uの負磁気シアプラズマにおいて、負イオン源中性粒子ビーム入射と電子サイクロトロン加熱を用いて低中心粒子補給の密度及びイオン温度分布に与える影響を調べた。強い内部輸送障壁を形成した後に、正イオン源中性粒子ビーム加熱から電子サイクロトロン加熱に切り替えることで中心粒子補給を低減した場合には、強い密度及びイオン温度の内部輸送障壁が維持された。プラズマ電流立ち上げ時に低中心粒子補給と高中心粒子補給とした場合を比較した結果、両ケースに同様な密度・イオン温度の内部輸送障壁が形成された。密度勾配とイオン温度勾配の間には相関が見られ、このことは粒子輸送とイオンの熱輸送の間に関連があること、もしくは密度勾配がイオン温度勾配モード等の不安定性を安定化することに寄与しイオン温度の内部輸送障壁の形成を促進させたことを示唆していると考えられる。これらの結果は、炉心条件下でも密度及びイオン温度の内部輸送障壁が形成され得ることを意味している。

論文

Three-dimensional neutral transport simulation in the JT-60U H-mode plasmas

中嶋 洋輔*; 東園 雄太*; 河野 博一*; 竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 大山 直幸; 鎌田 裕; 谷津 潔*

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012029_1 - 012029_7, 2008/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:80.6

DEGAS ver. 63コードを用いてJT-60Uトカマク装置に適用した中性粒子挙動の3次元モンテカルロシミュレーション結果について報告する。ダイバータドーム,バッフル板,ダイバータ板形状を取り込んで、SOL/ダイバータからコアプラズマまでを含めたメッシュを作成した。DEGAS2コードを用いた2次元シミュレーションとのベンチマークを行い、同シミュレーションの妥当性を確認した。ガスパフによる中性粒子供給の3次元シミュレーションを行い、ガスパフポート近傍に局在した中性粒子密度を評価し、トロイダルとポロイダル方向への中性粒子の拡散を定量的に評価した。また、Hモードプラズマにおける中性粒子侵入と電離分布の密度依存性を調べ、密度ペデスタル幅との関係について議論した。

論文

A Model of GAM intermittency near critical gradient in toroidal plasmas

三木 一弘*; 岸本 泰明; 宮戸 直亮; Li, J. Q.*

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012028_1 - 012028_14, 2008/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:80.6

トロイダルランダウ流体シミュレーションで観測された測地的音響モード(GAM)に関連した乱流の成長する間欠性を記述する4場最小モデルを構築した。その間欠的ダイナミクスはこのモデルによってシミュレーションに用いられた代表的なパラメータについてよく再現される。このモデルはGAMに関連した乱流輸送のより多くの特徴,乱流の完全な消滅につながる単一のバーストや定常帯状流とGAMと混合した定常乱流なども再現することができる。4次元相空間において固定点まわりの解の軌跡の振舞いを解析することにより、このモデルの幅広い特徴を調べ、別の固有状態に対応するDimitsシフトと定常乱流領域との間の分岐特性を同定する。

論文

Power requirement for accessing the H-mode in ITER

Martin, Y. R.*; 滝塚 知典; ITPA CDBM H-mode Threshold Database Working Group*

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012033_1 - 012033_11, 2008/00

 被引用回数:317 パーセンタイル:100

ITERにおける低密度時及び密度上昇時にHモードに到達するための必要な入力パワーを、国際Hモード遷移パワーデータベースの統計解析により調べた。最近提供されたデータを加え、遷移パワー比例則を改善した。ITERの重水素プラズマで密度が5$$times$$10の19乗のとき必要パワーは約52MWと評価した。ITERのHモード標準運転での密度10の20乗のときは、約86MWになる。個々の装置の密度依存性を調べると、サイズの増加と磁場の増加に伴い、密度依存性は強くなっている。一方、Hモード遷移パワーが最小となるときの密度最適値は、サイズが大きくなると低下するが磁場の増加とともに上昇することがわかった。これらの効果を考慮して、ITERにおけるHモード到達条件を検討した。さらに閉じ込めデータベースを解析した結果、良好な閉じ込めのHモードは加熱パワーが遷移パワーの1.5倍以上のときに保持されているデータが多いけれども、1以上の閉じ込め改善ファクターは加熱パワーが遷移パワーに近いときでも十分に達成できていることが、明らかになった。

論文

Preface; 11th IAEA Technical Meeting on H-mode Physics and Transport Barriers

滝塚 知典

Journal of Physics; Conference Series, 123, P. 011001_1, 2008/00

2007年9月26$$sim$$28日につくばで開催された「11th IAEA Technical Meeting on H-mode and Transport Barriers」のプロシーディングである。この会議の歴史,今回の6トピックと6レビュー講演,その選択理由を紹介する。会議の参加者数,発表数及び会議の概要を記す。

口頭

Two-dimensional full particle simulation of the formation of electrostatic field in a tokamak plasma

滝塚 知典; 細川 哲成*

no journal, , 

磁場閉じ込めプラズマの輸送は電場によって大きく影響される。トカマクプラズマ中の電場の形成について、2次元の完全粒子コードPARASOLによるシミュレーションを行った。閉磁場領域に供給された熱いプラズマは、拡散により開磁場のSOLプラズマ領域へ流出する。この過程で決定される、静電場の分布を調べた。直線閉じ込めプラズマでイオンラーマ半径が小さいときは、SOL領域の正帯電効果が閉磁場領域においても保持されて静電場は単調な凸形分布となる。一方、イオンラーマ半径が大きいときやトカマクプラズマのアスペクト比が小さくなると閉磁場領域においてイオン拡散が大きく負帯電となり凹形の静電ポテンシャル分布となる。

口頭

Electromagnetic effects on zonal mode generation and turbulent transport in tokamak plasmas

宮戸 直亮; 岸本 泰明; Li, J.*; 徳田 伸二

no journal, , 

帯状流だけでなく帯状磁場も含む帯状モードの生成及び乱流輸送に対する電磁的あるいは有限ベータ効果を電磁的イオン温度勾配(ITG)駆動乱流のグローバル流体シミュレーションにより調べた。帯状磁場は低次のオーダーの有理面で生成され、それはトロイダルモードの粗な取り方の影響を受ける。帯状流の生成を支配する三要素(レイノルズ応力,マクスウェル応力,geodesic transfer)の寄与を解析し、全体としてはレイノルズ応力が帯状流を生成し、geodesic transferがエネルギーシンクになっているが、低次のオーダーの有理面でそれらの寄与が逆転することを発見した。これは磁場揺動を無視した静電的な場合には見られなかった。

口頭

Enhanced H-mode energy confinement with co-toroidal rotation in JT-60U

浦野 創; 竹永 秀信; 藤田 隆明; 鎌田 裕; 小出 芳彦; 大山 直幸; 吉田 麻衣子

no journal, , 

Hモードプラズマにおける順方向トロイダル回転に伴うエネルギー閉じ込め性能向上の仕組みを理解するために、プラズマコア部の熱輸送とトロイダル回転の関係を調べた。プラズマコア部の熱輸送は、トロイダル回転分布の変化に対して、自己相似的な温度分布を保つように変化することがわかった。一方で、順方向トロイダル回転の増加とともにペデスタル圧力は増加した。これらの結果から、Hモードプラズマにおける順方向トロイダル回転に伴うエネルギー閉じ込め性能の向上は、ペデスタル圧力の上昇に伴うペデスタルエネルギーの増加、並びにペデスタル温度上昇を伴う温度分布の硬直性によってもたらされるコア部の熱輸送低減によって決まることがわかった。プラズマコア部におけるトロイダル回転分布の熱輸送に対する局所的な影響は非常に小さいことがわかった。

口頭

MHD stability due to internal transport barrier and its effect on the transport

小関 隆久; 相羽 信行; 林 伸彦; 滝塚 知典; 徳田 伸二

no journal, , 

先進トカマクプラズマは、広い時間スケールと空間スケールを持ち、複雑で自律的性質がある。このため、複雑なプラズマ特性を解明し制御することが重要課題となっている。物理要因のモデル化と統合化がこれらプラズマの複雑・自律を解明するうえで有効な方法である。JAEAでは、輸送コードとMHD安定性コードMARG2D等を結合することによって、統合シミュレーションコードTOPICS-IBを開発してきている。ここでは、内部輸送障壁に局在する険しい圧力勾配による安定性への影響を調べる。また、MHD不安定が発生後、プラズマの動的挙動を調べ、先進トカマクプラズマの定常維持を議論する。

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