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論文

Characterization of disruption phenomenology in ITER

芳野 隆治; D.J.Campbell*; E.Fredrickson*; 藤沢 登; N.Granetz*; Gruber, O.*; T.C.Hender*; D.A.Humphreys*; N.Ivanov*; S.Jardin*; et al.

Fusion Energy 2000 (CD-ROM), 4 Pages, 2001/05

ITER物理R&Dの専門家会合においてまとめたディスラプションの諸特性(熱消滅、電流消滅、ハロー電流、逃走電子、ディスラプション頻度、等)のデータベース群とそれに基づくITERでのディスラプション特性の予測を示す。加えて、最近、顕著な研究成果の得られているディスラプションの回避・緩和の研究について報告する。

論文

Discontinuity model for internal transport barrier formation reversed magnetic shear plasmas

岸本 泰明; Kim, J.*; Horton, W.*; 田島 俊樹*; LeBrun, M. J.*; Dettrick, S. A.*; Li, J.; 白井 浩

Nuclear Fusion, 40(3Y), p.667 - 676, 2000/03

 被引用回数:47 パーセンタイル:79.88(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文は、JT-60をはじめとしたトカマクの反転磁気シア放電で観測されている内部輸送障壁の物理機構の一つとして、通例トカマク中にトロイダル結合効果によって発生するイオンのテーマ半径よりも大きな乱流構造が抑制され、径方向の位相関係が分断される不連続面が形成されることによるものであるとの提案を行っている。この物理機構を理論及びトロイダル効果を考慮した粒子シミュレーションコードによる計算で調べている。不連続面の形成の有無は、安全係数最小面の分布やその領域におけるプラズマ回転の影響を強く受け、逆に不連続面が消失する効果についても言及している。論文では、あわせて乱流自身の作る自己生成電場及びそれによるプラズマ回転の効果についても議論を行っている。

論文

Development of a tritium fuel processing systems using an electrolytic reactor for ITER

山西 敏彦; 河村 繕範; 岩井 保則; 有田 忠昭*; 丸山 智義*; 角田 俊也*; 小西 哲之; 榎枝 幹男; 大平 茂; 林 巧; et al.

Nuclear Fusion, 40(3Y), p.515 - 518, 2000/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:18.63(Physics, Fluids & Plasmas)

原研トリチウムプロセス研究棟では、1987年より、10gレベルのトリチウムを用いて、核融合炉のトリチウム技術に関する研究開発を進めている。ITERトリチウムプラントは、燃料精製、同位体分離、水処理、空気中トリチウム除去系等からなるが、燃料精製について、パラジウム拡散器と電解反応器からなるシステムを考案・検討した。トリチウムプロセス研究棟において、核融合炉模擬燃料循環ループを構築し、この燃料精製システムの実証試験に、ITERの1/15規模の処理流量で成功した。また、同位体分離システム、ブランケットトリチウム回収システムについても研究開発を進めている。

論文

Compact toroid injection experiment in JFT-2M

小川 俊英; 福本 直之*; 永田 正義*; 小川 宏明; 前野 勝樹; 長谷川 浩一; 柴田 孝俊; 宇山 忠男*; 宮沢 順一*; 河西 敏; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1911 - 1915, 1999/11

 被引用回数:29 パーセンタイル:67.82(Physics, Fluids & Plasmas)

姫路工大で開発したコンパクトトロイド(CT)入射装置を用いて同大学と共同で行っているJFT-2MプラズマへのCT入射実験について報告する。プラズマ中へ入射したCTは磁場の圧力を受けて進入するため、CTの運動エネルギーと磁場強度で進入距離が決まる。トロイダル磁場を0.8Tまで下げるとCT入射に伴い、多チャンネル軟X線計測器の中心コードに信号が増加する放電が得られた。このとき電子密度は急上昇し、マイクロ波干渉計の中心コードで1.7$$times$$10$$^{21}$$m$$^{-3}$$/sの線平均電子密度の上昇率が得られている。軟X線計測器の信号が増加する最も内側のチャンネルからCTの進入を評価すると、CTの加速電圧やトロイダル磁場強度を変えた放電から、電子密度の上昇率は進入距離に依存することがわかった。Hモード中へのCT入射を試み、トロイダル磁場0.8Tで1.9$$times$$10$$^{21}$$m$$^{-3}$$/sの電子密度上昇率が得られた。

論文

Heat and particle transport of SOL/divertor plasma in the W-shaped divertor on JT-60U

朝倉 伸幸; 櫻井 真治; 細金 延幸; 嶋田 道也; 伊丹 潔; 小出 芳彦; 内藤 磨

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1983 - 1994, 1999/11

 被引用回数:48 パーセンタイル:81.04(Physics, Fluids & Plasmas)

ダイバータ板上流のスクレイプオフ(SOL)層でのプラズマ分布を測定するため、重要な4ヶ所(赤道面、X点・内外ダイバータ板上)に静電プローブを設置した。特に、赤道面とX点付近に取り付けたマッハプローブで、それぞれの場所でのプラズマ流速を評価した。(1)W型ダイバータでは、中性粒子をストライク点付近に効率的に集め、低温高密度ダイバータを生成しやすくできる。(2)トロイダル磁場の方向により、主プラズマ周辺部での磁力線に沿うプラズマ流が逆転する現象を観測し、それが磁気面上での圧力を均等化するために発生することを、初めて証明した。また高閉込めモード(ELMyHモード)中で、その流れが断続的に発生することを初めて観測した。(3)ダイバータX点付近のセパラトリクス付近でのプラズマ流が、磁場の方向により逆転することを初めて観測し、それが(2)とほぼ同じ原理で発生することを初めて提案する。これは、内外ダイバータでの粒子の非対称性の発生を理解する有力な測定結果となる。

論文

Long sustainment of JT-60U plasmas with high integrated performance

鎌田 裕; 諫山 明彦; 及川 聡洋; 坂本 宜照; 細金 延幸; 竹永 秀信; 草間 義紀; 藤田 隆明; 竹治 智; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1845 - 1853, 1999/11

 被引用回数:66 パーセンタイル:87.93(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60で行った、高閉じ込め・高安定性プラズマの長時間維持の効果を報告する。プラズマ内部及び周辺部に、2重の輸送障壁を持つ高ポロイダルベータHモードを、ELMのある状態で維持し、以下の結果を得た。(1)DT等価エネルギー増倍率0.1を9秒間、0.16を4.5秒間、高閉じ込め(改善度約2)で維持した。(2)低安全係数(約3)であっても、高い規格化ベータ値2.5-2.7を3.5秒間維持した。(3)閉じ込め改善度X規格化ベータ値は、三角度の上昇で改善される。(4)周辺部の閉じ込め改善を担う、ペデスタル構造の時間発展を詳細に研究し、ELMのある状態でのペデスタル巾が、イオンのポロイダルラーマー半径とともに広がることを見い出した。(5)そのような、ペデスタル部の圧力勾配は、三角度の上昇で改善され、それがプラズマ性能の上昇の原因となっている。

論文

Reduced transport and E$$_{R}$$ shearing in improved confinement regimes in JT-60U

白井 浩; 菊池 満; 滝塚 知典; 藤田 隆明; 小出 芳彦; Rewoldt, G.*; Mikkelsen, D. R.*; Budny, R.*; Tang, W. M.*; 岸本 泰明; et al.

Fusion Energy 1998, 2, p.405 - 412, 1999/00

JT-60Uの中心閉じ込め改善プラズマにおける巨視的閉じ込め特性及び局所輸送特性を径電場シア形成の観点から研究した。JT-60の内部輸送障壁(ITB)は、その圧力分布から大きく「パラボラ型ITB」と「箱形ITB」に分類することができる。パラボラ型ITBでは、プラズマ中心領域全体で熱輸送係数は軽減されるが、径電場シアは弱い。一方、箱型ITBでは薄い内部輸送障壁層において非常に強い径電場シアが形成され、熱拡散係数は新古典拡散程度まで減少する。内部輸送障壁層において径電場シアにより生じるE$$times$$Bフローシアの強さは、微視的不安定性の成長を十分抑制しうる。Lモード閉じ込めとHモード閉じ込めが繰り返し起こる高イオンモードプラズマにおいて、熱輸送係数が径電場シアに依存し、強い径電場シアにより熱輸送係数が軽減されることを明らかにした。

論文

Steady-state exhaust of helium ash in the W-shaped divertor of JT-60U

逆井 章; 竹永 秀信; 細金 延幸; 久保 博孝; 櫻井 真治; 秋野 昇; 藤田 隆明; 東島 智; 玉井 広史; 朝倉 伸幸; et al.

Fusion Energy 1998 (CD-ROM), 8 Pages, 1999/00

ITER等の核融合炉でDT反応によって生じるヘリウム灰の排気を模擬するため、JT-60UにおいてELMyHモードプラズマにヘリウムビームを入射して、ヘリウムの排気性能を調べた。JT-60Uでは、ポンプ付きのW型ダイバータに改造し、排気用クライオポンプをアルゴンフロスト化して、ヘリウム排気実験を可能にした。その結果、ヘリウムビームによる粒子補給と排気がバランスして、ヘリウム濃度4%の状態を定常的に維持するのに成功した。排気性能の目安となるヘリウムの残留時間/エネルギー閉じ込め時間の比は4となり、ITERで要求されている比10を大きく下回る良好な排気性能が得られた。また、非接触状態のダイバータにおいても接触状態と同様に充分な排気効率があることを明らかにした。加えて、負磁気シアプラズマでは、内部輸送障壁の内側からのヘリウム排出は外側に比べて2倍程度残留時間が長いことが分かった。

論文

Improvement of MHD stability in negative/weak shear configurations for a steady state tokamak

小関 隆久; 石井 康友; S.R.Hudson*; 徳田 伸二; 濱松 清隆; 山極 満; 栗田 源一; 広瀬 章*; D.Monticello*; 津田 孝; et al.

Fusion Energy 1998 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00

高自発電流による定常トカマク炉においては、自発電流を有効利用した強い凹状電流分布による負磁気シア配位にする方法と、自発電流に加えプラズマ中心への電流駆動により弱い凹状電流分布による弱磁気シア配位にする方法が考えられ、プラズマ性能を向上させるには、MHD安定性の改善が重要課題である。負磁気シア配位においては、磁気シアが大きく負になると低nキンクモードを安定化できるが、理想及び抵抗性交換型モードが不安定化する。また、2つの有理面の接近によりダブルテアリングモードを励起する。一方、弱磁気シア配位においては、圧力分布の平坦化により、低nキンクモードを安定化できるが、新古典テアリングモードにより$$beta$$限界を下げる。本論文では、これらのモードに対して統一的に扱い、各々の配位に対する安定性を明らかにして、安定性改善の指針を与えている。

論文

High performance experiments in JT-60U reversed shear discharges

藤田 隆明; 鎌田 裕; 石田 真一; 閨谷 譲; 及川 聡洋; 井手 俊介; 竹治 智; 小出 芳彦; 諫山 明彦; 福田 武司; et al.

IAEA-CN-69/EX1/2 (CD-ROM), 8 Pages, 1999/00

JT-60Uの高プラズマ電流(低q)の負磁気シアー放電により高い核融合性能が得られ、熱核融合反応が主となる条件でDT換算核融合エネルギー増倍率1.25を達成した。高性能を得るためには、広い負磁気シアー領域を保ったままで、q$$_{min}$$~2の低q$$_{min}$$領域に到達することが重要であり、その過程においては圧力分布・電流分布の制御により安定性を確保した。排気付W型ダイバータ改造後の実験においては不純物の低減を得て、核融合性能を向上した。Lモード境界の負磁気シアー放電においてはq$$_{min}$$~2で発生するベータコラプスにより高性能の持続時間が規定されたが、プラズマ回転の制御により内部輸送障壁を一時的に弱めることによりHモード遷移を誘起し、Hモードによる圧力分布の平坦化により低q$$_{min}$$領域における安定性を向上した。ELM付Hモードの負磁気シアー放電により、高閉じ込めの内部輸送障壁を5.5秒間維持した。

論文

Fast potential changes at H-mode transition in the JFT-2M tokamak

浜田 泰司*; 井戸 毅*; 神谷 健作*; 西沢 彰*; 川澄 義明*; 三浦 幸俊; JFT-2Mグループ

IAEA-CN-69/PDP/01 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00

核融合科学研究所と日本原子力研究所との協力研究のもとに、JFT-2M装置に500keV重イオンビームプローブ計測装置(HIBP)を設置した。HIBPにより、今回初めてHモード遷移時の速い空間電位の変化を観測できた。通常の鋸歯状振動によって引き起こされるL/H遷移において、D$$_{alpha}$$線強度及びプラズマ密度の上昇と同時に速い正方向への空間電位の変化がプラズマ境界付近で観測され、その後D$$_{alpha}$$線強度の減少とともに空間電位は負の方向へ減少した。L/H遷移から約30後の径方向電場の構造は、ポロイダル方向及びトロイダル方向の回転速度と圧力勾配から評価していた結果とほぼ一致した。

論文

Formation condition of internal transport barrier in JT-60U plasmas

小出 芳彦; 藤田 隆明; 滝塚 知典; 白井 浩; 波多江 仰紀; 諫山 明彦; 伊世井 宣明; 坂本 宜照; 鎌田 裕; 菊池 満; et al.

IAEA-F1-CN-69/EX5/2 (CD-ROM), 8 Pages, 1999/00

負磁気シア放電における内部輸送障壁は電子系熱拡散係数の低減を伴うが、その発生条件を系統的なパラメータスキャンで調べた。その結果、磁気シアの値sと発生位置のすぐ内側における電子温度勾配dTe/drとの間に明確な相関が認められた。このs-dTe/dr平面上で遷移直前のデータの時間的動きに着目すると、一部のデータが他と異なる方向に動いている。このことはsとdTe/drの他にも遷移に関るパラメータが存在することを示唆しているので今後検討を進める。もう一つの話題として、q値が最小となる位置$$rho$$$$_{min}$$より外側、即ち正磁気シアの位置に内部輸送障壁が発生する現象を発見した。この場合の発生条件は前述の負磁気シアのs-dTe/drの関係と連続的につながった。この結果は、正磁気シアの領域では内部輸送障壁を発生するには、負磁気シアと比較して、より大きなdTe/drを要することを示唆している。

論文

Study of a closed divertor with strong gas puffing on JFT-2M

川島 寿人; 仙石 盛夫; 小川 俊英; 小川 宏明; 上原 和也; 三浦 幸俊; 木村 晴行; JFT-2Mグループ

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1679 - 1686, 1999/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:43.8(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは、高閉じ込め主プラズマと低温高密度ダイバータの両立を目指し閉ダイバータの研究を進めている。ダイバータ室に強力ガスパフした時、ダイバータ室入口に設けられた中性粒子遮閉板は、ダイバータ室のみの放射損失の集中、高ガス圧(~100mPa)、低燃料供給そして主プラズマ閉込めの維持などに効果を示した。この遮閉効果は、ダイバータバイアスによるSOL中のE$$times$$B粒子フローと電流で電流でさらに増大された。高閉じ込めモード中のガスパスにより、T$$_{ediv}$$=4eV,n$$_{ediv}$$=4$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$までの低温高密度ダイバータになると共に、主プラズマ密度n$$_{e}$$/n$$_{eG}$$=0.7程度まで高閉じ込め状態が維持され、両者の両立を観た。形状効果を調べるためのUEDAコードシミュレーションでは遮閉板を設けた構造においてダイバータ室の中性粒子の高密度化、低温高密度がもたらされることが明らかになった。

論文

Improvement of tritium accountancy technology for the ITER fuel cycle safety enhancement

大平 茂; 林 巧; 中村 博文; 小林 和容; 田所 孝広*; 中村 秀樹*; 伊藤 剛士*; 山西 敏彦; 河村 繕範; 岩井 保則; et al.

Fusion Energy 1998, 3, p.1069 - 1072, 1998/10

ITERの燃料サイクルにおけるトリチウムの安全取り扱い及び制御技術向上のためにより効率的なトリチウムの「その場」分析・計量技術を開発・実証する必要がある。このため原研トリチウムプロセス研究棟において同位体分離システム(ISS)やトリチウム貯蔵システム(TSS)におけるトリチウム分析・計量技術をITER工学設計活動の一環として実施した。光ファイバーを用いたレーザーラマン分光分析システムにより、4つの測定点での同時ガス分析が、リアルタイムにサンプルガスを取る必要もなく、しかも高精度に行えることを実証した。また、通気式熱量計量ベッドを開発し、ベッド内を流通するヘリウム流の出入口の温度差によりトリチウムをその場で精度良く計量可能であることを実証した。これらのシステムはITERの分析・計量システムあるいは貯蔵・計量システムとして、その設計に採用された。

論文

Characteristics of halo current in JT-60U

閨谷 譲; 中村 幸治; 芳野 隆治; 波多江 仰紀; JT-60チーム

Fusion Energy 1998, p.859 - 862, 1998/10

トカマクでディスラプション中に真空容器に流入する電流(ハロー電流)の特性を、新たにJT-60Uに設置したロゴスキーコイルタイプの検出器を用いて調べた。プラズマを下側に押しつけて垂直移動の不安定性を模擬し、ハロー電流のデータベースを構築した。最大のハロー電流(トロイダル方向の非対称性とハロー電流の初期プラズマ電流との比の積)は0.52で従来のITERのデータベースの最大値0.75に比べて充分低いことを確認した。この最大値は、ディスラプション直前のプラズマの蓄積エネルギーの増加に伴って減少する。これは、エネルギークエンチ時に発生する不純物によって周辺プラズマが冷却され、ハロー電流の流路の抵抗が増えるためと考えられる。このことから高蓄積エネルギーが想定される核融合炉では、ハロー電流が小さくなることが予想できる。また、ネオンをパフして温度を下げ、ハロー電流低減が可能なことを確認した。

論文

Alfv$'e$n eigenmodes and their impact on plasma characteristics in JT-60U

草間 義紀; Nazikian, R.*; Kramer, G. J.*; 木村 晴行; 三枝 幹雄*; 小関 隆久; Fu, G. Y.*; 飛田 健次; 及川 聡洋; 篠原 孝司; et al.

Fusion Energy 1998, 2, p.537 - 544, 1998/10

JT-60Uでは、負イオン源中性粒子ビーム(NNB)入射で生成される高エネルギーイオンで$$alpha$$粒子を模擬し、アルヴェン固有モードの研究を進めている。高エネルギーイオンの体積平均$$beta$$値が0.1%程度と低い領域においても上記のモードが発生することを明らかにした。これは、磁気シアが弱いことによる。$$beta$$値が0.2%程度以上になるとアルヴェン固有モード領域にバースト的に発生をくり返すモードが現れ、わずか(数%)ではあるが高エネルギーイオンの損失を招く。また、アルヴェン固有モードは強い負磁気シアを持つプラズマでは安定化できることも新たに明らかになった。

論文

Heating and non-inductive current drive by negative-ion based NBI in JT-60U

及川 聡洋; 牛草 健吉; Forest, C. B.*; 根本 正博; 内藤 磨; 草間 義紀; 鎌田 裕; 飛田 健次; 鈴木 慎悟*; 藤田 隆明; et al.

Fusion Energy 1998, Vol.2, p.551 - 558, 1998/10

JT-60Uにおいて、負イオン源NB(以下NNB)の加熱、電流駆動特性の研究を行った。NNBパワーのプラズマへの吸収を理解する上で基本となるビーム粒子の電離過程は、高ビームエネルギー、高密度において多段階電離過程の寄与が大きく、理論モデルが適用できることを実験的に示した。プラズマ平衡解析からプラズマ内部の電界を求め、NNB駆動電流分布を同定した。全駆動電流量は0.6MAまで到達したことを示した。また電流駆動効率は電子温度と共に増大することを明らかにし、トカマク炉において必要とされる電流駆動効率に到達する見込みを示した。加熱パワーの大部分がNNBによる電子加熱である場合にも、Hモード遷移が得られることを明らかにした。

論文

Particle confinement and transport in JT-60U

竹永 秀信; 永島 圭介; 逆井 章; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 久保 博孝; 東島 智; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 鎌田 裕; et al.

Fusion Energy 1998, Vol.2, p.749 - 752, 1998/10

JT-60Uにおける粒子閉じ込め及び粒子輸送を定量的に解析した。NBIにより中心供給された粒子とリサイクリング、ガスパフにより周辺供給された粒子の閉じ込め時間を分離して定義し、ELMyHモードにおけるイオン総数に対するスケーリング則を導出した。中心供給粒子の閉じ込め時間は密度と共に増加し、周辺供給粒子の閉じ込め時間は密度と共に減少することを明らかにした。また負磁気シアプラズマでは、スケーリング則に対して約2倍程度粒子閉じ込めが改善していることを明らかにした。さらに、ヘリウムガスのモジュレーション実験から、負磁気シアプラズマ及びELMyHモードでの粒子拡散係数と対流速度を評価した。負磁気シアプラズマにおいては、内部輸送障壁近傍で、その内外領域に対して粒子拡散係数が、1/5~1/6に減少していることを観測した。

論文

Core density fluctuation in reversed magnetic shear plasma with internal transport barrier on JT-60U

Nazikian, R.*; 篠原 孝司; 芳野 隆治; 藤田 隆明; 白井 浩; Kramer, G. J.*; JT-60チーム

Fusion Energy 1998, Vol.4, p.1689 - 1692, 1998/10

JT-60Uトカマク装置における内部輸送障壁(ITB)の形成と維持過程におけるプラズマ中心部での密度揺動の空間分布、及び、時間変化を測定するためにプラズマ中心部密度揺動測定用反射計を新たに設置した。この測定の目的はITBプラズマ中心部全体で長波長の乱流が抑制されているのかどうかを知ることにある。まず、揺動の時間発展については、ITBが形成される領域で、ITBの形成に先立ち、プロードバンドな密度揺動が増加し、ITBの形成とともに密度揺動が減少することが観測された。次に揺動の空間分布については、ITB形成後、磁気軸からITBの肩の部分にかけて揺動レベルが増加し、ITBの領域で再び減少するという観測結果を得た。ITBの肩の領域で揺動レベルが増加しているという報告はこれまでなく、新しい結果である。

論文

3-D electromagnetic transient characteristics of in-vessel components in tokamak reactor

高瀬 治彦; 仙田 郁夫; 荒木 政則; 荘司 昭朗; 常松 俊秀

IAEA-CN-69/FTP/28, 4 Pages, 1998/00

プラズマ・ディスラプション時の電磁力評価は、トカマク型核融合炉を設計するうえで重要な課題の1つである。特に垂直移動現象(VDE)に伴う渦電流の発生とハロー電流の炉内機器への流入は電磁力の最も危険な源であるので、将来の核融合炉の設計においてはこれら現象について充分解析しておく必要がある。本解析では炉内機器を3次元形状で精密に取扱い、さらに従来充分なモデル化がなされていなかったハロー領域を、炉内機器と同様なモデル化を行ってハロー電流のヘリカル状電流経路を表現している。これらのモデル化の後、3次元有限要素法による数値解析を行ったところ、電磁力評価において炉内機器の3次元形状やハロー電流のヘリカル状電流経路の効果が重要であることがわかった。

論文

Divertor characteristics and control on the W-shaped divertor with pump of JT-60U

細金 延幸; 久保 博孝; 東島 智; 伊丹 潔; 清水 勝宏; 竹永 秀信; 玉井 広史; 木島 滋; 朝倉 伸幸; 櫻井 真治; et al.

Proceedings of 17th IAEA Fusion Energy Conference (CD-ROM), 4 Pages, 1998/00

JT-60UのW型ダイバータの特長である内側排気とプライベートドームの役割を調べた。その結果、次のことを観測した。内側排気は、ダイバータの内側粒子リサイクリングが促進される接触ダイバータ及び部分的な非接触ダイバ-タ状態において有効に機能する。主プラズマガスパフと内側排気を組み合わせることにより、プラズマに存在する炭素不純物を低減できる。プライベートドームの炭化水素の輸送に対する幾何形状効果について、CDバンド強度分布の分光計測と実験データに基づく計算機シミュレーションにより、その存在を確認した。

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