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論文

Observation of divertor and core radiation in JT-60U by means of bolometric imaging

Peterson, B. J.*; 木島 滋; Parchamy, H.*; 金子 昌司*; 大森 俊道*; Seo, D. C.*; 芦川 直子*; 助川 篤彦; JT-60チーム

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.412 - 415, 2007/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:31.65(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合科学研究所との研究協力としてJT-60Uで実施している「核燃焼トカマク実験用イメージング・ボロメータの開発」に関する最新の研究成果を報告する。この計測法は、プラズマの放射をピンホールを介して薄膜に投影し、その結果生じる薄膜上の温度変化を赤外カメラの画像として測定する方法である。接線方向に広角の視野を持つ所から、ダイバータを含む全ポロイダル断面のトーラス1/4周にわたる広い範囲の観測が可能である。昨年開始した予備試験では高加熱入力の重水素放電時に赤外カメラの誤動作が発生したため、中性子,$$gamma$$線並びに漏洩磁場に対する遮蔽をさらに強化し、併せて画像信号伝送系の改造を行った。この改造により、強磁場で高パワー加熱の重水素放電での測定が可能となり、赤外カメラのデータから薄膜上に写影された放射強度を1秒間に30コマの映像として観測できるようになった。不純物を入射して放射損失を過大にした時のプラズマ崩壊の様子を視覚的に捉える、など幾つかの初期結果を得た。感度較性,2次元放射パワー分布の算出など測定・検討結果を報告する。

論文

ITER and plasma surface interaction issues in a fusion reactor

下村 安夫

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.467 - 475, 2007/06

 被引用回数:26 パーセンタイル:10.55(Materials Science, Multidisciplinary)

ITER(国際核融合実験炉)計画の目的は核燃焼プラズマの研究を行い、500MWの核融合出力を長時間持続し、発電炉の鍵となる技術を実証することである。取り扱う熱,粒子,パルス幅ともに現在のトカマク装置の10$$sim$$1000倍に相当し、プラズマと炉壁表面の相互作用が極めて重要になる。このことは将来の核融合炉においてさらに重要になる。これらの課題について整理し今後の研究方向を明らかにする。

論文

Deuterium depth profiling in JT-60U tiles using the D($$^{3}$$He, p)$$^{4}$$He resonant nuclear reaction

林 孝夫; 杉山 一慶*; Krieger, K.*; Mayer, M.*; Alimov, V. Kh.*; 田辺 哲朗*; 正木 圭; 宮 直之

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.904 - 909, 2007/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.69(Materials Science, Multidisciplinary)

D($$^{3}$$He, p)$$^{4}$$He核反応分析法を用いてJT-60Uタイルを分析した。最も重水素濃度が高かったのは外側ドームウィングの排気スロット近傍であり、深さ16$$mu$$mまでの重水素の面密度は$$approx$$2.5$$times$$10$$^{22}$$ D/m$$^{2}$$であった。ここではミクロンオーダーの堆積層がタイル表面に観察されており、共堆積により多量の重水素量が蓄積したと考えられる。また中性粒子ビーム入射加熱(NBI)に起因する重水素が外側ドームウィングやドームトップタイルに高粒子束で入射し、重水素蓄積に寄与していると考えられる。深さ分布については約2.5$$mu$$mにD/C$$approx$$0.05の緩やかなピークがあった。これは大気解放前にプラズマ対向壁からトリチウムを除去するための軽水素放電により表面近傍の重水素が軽水素に置換したためである。一方、第一壁領域では最も重水素量の多いところで$$approx$$1.0$$times$$10$$^{22}$$ D/m$$^{2}$$であった。

論文

Study of highly ionized Xe spectra with 3s-3p and 3p-3d transitions in JT-60U reversed shear plasmas

久保 博孝; 佐々木 明; 森林 健悟; 東島 智; 竹永 秀信; 清水 勝宏; 仲野 友英; Whiteford, A.*; 杉江 達夫

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.1441 - 1445, 2007/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.65(Materials Science, Multidisciplinary)

トカマク型核融合研究では、重不純物の輸送の解明や熱制御の確立のために、キセノンをプラズマに入射する実験が行われてきた。これらの実験では、高温プラズマ中の高電離キセノン・イオンが放射する真空紫外スペクトルを解析することが本来必要であるが、そのような研究報告は今までにほとんどない。JT-60Uでは、負磁気シア・プラズマにキセノンを入射し、4.0-7.0nmの波長域で高電離Xeのスペクトルを測定した。不純物輸送コード,原子構造コード及び衝突放射モデルを用いた計算結果から、4.4-7.0nmの波長域に観測されたスペクトルは、36-43価のキセノン・イオンの3s-3p, 3p-3dの遷移によるスペクトル線であることがわかった。6.0-7.0nmの波長領域では観測されたスペクトルは計算でよく再現できた。しかし、4.4-5.5nmの波長域では観測されたスペクトルは、計算結果よりも4.8nm付近を中心に集中して分布していた。これは、計算(Multiconfiguration Dirac-Fock法)で得られた波長が0.1nm程度実験と異なることが原因と考えられる。

論文

Simulation of divertor pumping in JT-60U with SOLDOR/NEUT2D code

川島 寿人; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 仲野 友英; 櫻井 真治

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.786 - 790, 2007/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:37.95(Materials Science, Multidisciplinary)

ダイバータ排気は将来のトカマク炉定常運転において必須の粒子制御法であり、現在の実験装置における排気のモデリングを行い将来装置に外挿することが一つの課題である。そこで、独自に開発したダイバータコードSOLDOR/NEUT2Dを用いてJT-60Uにおけるダイバータ排気のシミュレーションを行い実験と比較した。実験を模擬するため実形状を忠実に取り入れた計算メッシュを作成し、周辺部に流出するパワー及びイオン粒子束,外部供給粒子束(ガスパフ+壁からの放出)及び排気速度の実測値を入力として与え、排気室内の中性粒子圧力及び排気粒子束を求めたところ、実験計測値にほぼ合う結果を得た。計算ではダイバータ部で発生する中性粒子束,排気スロットを通過して排気室内に流入する粒子束,逆流する粒子束及び排気される粒子束を個々に求めることができることから、ダイバータ部で発生する粒子束に対する排気粒子束の割合を排気効率として定義し、排気速度,外部供給流子束の領域を実際より広げその依存性を評価した。排気速度を4倍高めると排気効率は1%から2%に増倍され、外部供給粒子束の増大に伴うダイバータ部での中性粒子圧縮により排気効率が上昇した。さらにストライク点と排気スロットの距離に対する排気効率の依存性も明らかにした。

論文

Modeling of dynamic response of SOL-divertor plasmas to an ELM crash

林 伸彦; 滝塚 知典; 細川 哲成*

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.1044 - 1049, 2007/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:31.65(Materials Science, Multidisciplinary)

トカマクのHモードプラズマにおいて、周辺部局在モード(ELM)崩壊は炉心プラズマ端の熱・粒子を周辺プラズマに放出し、ダイバータ板の損耗と寿命を決める重要な現象である。実験において、ELMにより増大した熱・粒子流が調べられている。対流輸送で決まる遅い時間スケールの熱・粒子流の特性は調べられているが、熱伝導や電子の自由運動で決まる速い時間スケールの特性はいまだ明らかでない。さらに、開いた磁力線の両端に位置する2つのダイバータ板で、ELMにより増大した熱負荷に非対称性が現れることが観測された。2次元流体シミュレーションが莫大な計算時間を必要とするのに対して、流体方程式を積分した2点モデルは、実験で観測された多くの静的な特性を容易に再現できる。2点モデルが非対称性を解析できないのに対して、5点モデルは、熱電不安定性の結果生じる静的な非対称特性を明らかにした。本研究では、動的5点モデルを開発し、ELM崩壊に対するSOL-ダイバータプラズマの動的応答を調べる。粒子シミュレーションコードPARASOLを用いて運動論的効果をモデル化し、動的5点モデルに導入する。初期的な結果として、ELM前に非対称性があるとELMが速い時間スケールで非対称性を強く増幅することがわかった。一方、ELM前に対称だとELMは遅い時間スケールで非対称性を誘起する。ELM前後で、非対称性が反転する可能性のあることを明らかにした。ELM崩壊に対するSOL-ダイバータプラズマの動特性の詳細について発表する。

論文

Understanding the SOL flow in L-mode plasma on divertor tokamaks, and its influence on the plasma transport

朝倉 伸幸; ITPA SOL and Divertor Topical Group*

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.41 - 51, 2007/06

 被引用回数:75 パーセンタイル:1.3(Materials Science, Multidisciplinary)

スクレイプオフ層を磁力線に沿い流れるプラズマ流は、近年の静電プローブや分光器などの計測により、古典モデルとは異なり低磁場側赤道面から高磁場側ダイバータへ向かい高速(プラズマ音速の数分の1)で流れることが明らかとなった。近年、プラズマ形状を変化した実験やプラズマ周辺部の異なる位置で測定が行われた結果、流れのパターンのポロイダル非対称性やプラズマパラメータ,プラズマ形状による変化などが明らかとなった。実験結果とともに進展している理論モデル及びシミュレーションにより、イオンドリフトによる効果のみではなく、異常輸送による影響が大きな発生要因であると考えられる。本レビュー講演では、各国のトカマク装置で最近発表されたプラズマ流の測定結果と理論・シミュレーションによる現状の理解のまとめを発表する。さらに、核融合装置の設計や運転に重要な炭素輸送などのプラズマ壁相互作用への影響についてまとめる。

論文

Surface studies of tungsten erosion and deposition in JT-60U

上田 良夫*; 福本 正勝*; 西川 雅弘*; 田辺 哲朗*; 宮 直之; 新井 貴; 正木 圭; 石本 祐樹*; 都筑 和泰*; 朝倉 伸幸

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.66 - 71, 2007/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.74(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uの外側ダイバータ部分に、タングステンをコーティングしたCFCグラファイトタイルを13枚設置し、タングステンタイルの健全性や損耗されたタングステンの輸送・再堆積特性を調べた。タングステンの再堆積分布については、EDXやXPSを用いて測定を行った。タングステンタイルには最大6MW/m$$^{2}$$の熱負荷が加わったが、特に目立った損傷は観測されなかった。Wタイルに隣接したCFCグラファイトタイル上には、タングステンが損耗・電離後、磁力線に沿って移動して堆積した厚い堆積層が局所的に存在した。また、タングステンタイルと同じセクションにおけるタングステンのポロイダル方向の再堆積分布を調べたところ、内側ダイバータストライク点近傍と外側ウイング下部に多くの堆積が見られた。これらの分布を、$$^{13}$$Cの再堆積分布と比較したところ、内側ダイバータではほぼ同様の分布を観測したが、ドームの内側ウイングと外側ウイングでは、異なった堆積傾向が見られた。

論文

A New fast velocity-diffusion modelling for impurity transport in integrated edge plasma simulation

清水 勝宏; 滝塚 知典; 川島 寿人

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.426 - 431, 2007/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:37.95(Materials Science, Multidisciplinary)

ダイバータでの強い放射損失と、高い閉じ込め性能を持った主プラズマとが両立するには、不純物をダイバータ領域に留めておく制御方法を確立する必要がある。われわれは、シミュレーションコードIMPMCを用いて、不純物の挙動を調べている。速度空間における散乱過程をモンテカルロ法で模擬するとき、これまでのモンテカルロ法では時間ステップ幅が減速時間に強く制限される欠点があった。そのため非接触プラズマでは計算効率が著しく悪くなった。われわれは、この拡散過程に対して、Langevinの解析解を用いる新しい拡散モデルを開発した。これによって、プラズマと不純物の輸送を自己無撞着に解くモデル開発の見通しを得た。この統合コード(SONIC)により、MARFEにおける不純物輸送を明らかにすることを目的として、JT-60UでのX点MARFEのシミュレーション解析を行った。プライベイト領域から化学スパッタリングで発生したメタンが、X点まで深く侵入した結果、X点近傍の強い放射損失をもたらすことを明らかにした。

論文

Hydrogen isotopes retention in JT-60U

広畑 優子*; 田辺 哲朗*; 大矢 恭久*; 奥野 健二*; 正木 圭; 宮 直之; JT-60Uチーム

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.854 - 861, 2007/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:31.65(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uの両側排気方式ダイバータ領域における炭素堆積・損耗及び水素同位体の保持特性について走査型顕微鏡,昇温脱離法,二次イオン質量分析計,イメージングプレート法及び燃焼法を用いて測定した。その結果を以下にまとめる。(1)JT-60Uのダイバータ領域ではおもに内側ダイバータ及び外側ドームウィングタイルで炭素堆積が見られ、外側ダイバータタイルでは損耗していた。(2)ダイバータタイルのプラズマ対向面のH+Dの保持量は堆積層の厚さに比例して増加した。その水素濃度(H+D)/Cは約0.02であり、片側排気の内側ダイバータタイルやJT-60とほぼ同程度であり、JETやほかの低温で運転されている装置(0.4$$sim$$0.1)よりも小さかった。(3)外側ドームウィングタイルの排気口に面しているタイル上には厚い再堆積層が存在していた。しかし、その濃度は大きく見積もっても0.13であった。(4)H+D保持量のポロイダル側面の分布は外側ドームウィングの排気口に面している以外は少なかった。(5)H+D保持量のトロイダル側面の分布は、面によって約2倍の違いがあったが、堆積膜の膜厚によって強く影響を受けていた。

論文

Comparison of boronized wall in LHD and JT-60U

芦川 直子*; 木津 要; 柳生 純一; 中畑 俊彦*; 信太 祐二; 西村 清彦*; 吉河 朗*; 石本 祐樹*; 大矢 恭久*; 奥野 健二*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.1352 - 1357, 2007/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:37.95(Materials Science, Multidisciplinary)

LHD真空容器内で主放電6081ショット,ボロニゼイション3回に曝された。ステンレス(SS316)サンプル、及び同様にJT-60U真空容器ポート内で主放電1896ショット,ボロニゼイション2回に曝された。SS316サンプル表面の元素分布状態をX線光電子分光装置(XPS)を用いて分析し、LHDとJT-60Uの結果を比較した。(1)LHDでは最表面において炭素が20%,酸素が45%であり、それ以降基板界面に至るまで80%のボロン膜が保持されている。JT-60Uでは最表面において炭素が60%であり、その後55%程度のボロン膜が保持されている。このようにLHDと比較するとJT-60Uでは壁材による堆積層が顕著である。(2)JT-60Uでのボロン膜上の堆積層はトーラス方向に非均一であり、C1s及びO1sのXPSスペクトルピークシフトの結果においても場所により異なる傾向を示す。これはトーラス方向の酸素捕捉能力が非均一であることを示唆している。(3)ボロン膜厚は、LHDではグロー電極の位置に依存するが、JT-60Uではそのような傾向は見受けられなかった。理由の一つとして炭素による堆積層がトーラス方向に非均一であることが考えられる。(4)ボロン膜の厚みは実験サイクル中十分に保持されているため、ボロン化壁による酸素軽減効果はおもにボロン膜の最表面の特性に起因すると考えられる。

論文

Particle balance under global wall saturation in long-pulse discharges of JT-60U

仲野 友英; 朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 久保 博孝; 清水 勝宏; 川島 寿人; JT-60チーム

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.1315 - 1322, 2007/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.69(Materials Science, Multidisciplinary)

Hモード放電では放電の前半で良好な閉じ込め性能が得られた場合でも、後半ではその閉じ込め性能が劣化する。閉じ込め性能の劣化はダイバータ室の中性粒子圧力の上昇と良い相関を持つことが示された。粒子バランスの解析結果から、中性粒子圧力の上昇は第一壁・ダイバータ板での粒子吸収率が低下することが原因であると考えられる。粒子吸収率が正味ゼロの状態でもダイバータ排気によるプラズマの密度は制御可能であることを示した。

論文

Ion beam analysis of H and D retention in the near surface layers of JT-60U plasma facing wall tiles

杉山 一慶*; 林 孝夫; Krieger, K.*; Mayer, M.*; 正木 圭; 宮 直之; 田辺 哲朗*

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.949 - 954, 2007/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:41.7(Materials Science, Multidisciplinary)

プラズマ対向壁中へのトリチウムを含む水素同位体の蓄積は、ITER等次世代炉の第一壁設計において重要な課題となる。JT-60Uでは動作ガスとして軽水素(H),重水素(D)を用いていることから、本研究ではJT-60Uプラズマ対向壁タイル中に蓄積されたH, Dの水素同位体蓄積に関する知見を得ることを目的として分析研究を実施した。分析はJT-60Uの第一壁サンプルタイルをドイツのマックスプランク研究所に運んで実施した。高エネルギー$$^{4}$$Heビームを用いた反跳粒子検出法により、タイル試料の表面層($$sim$$2$$mu$$m)のH, Dの深さ分布及び定量分析を行った。プラズマ対向表面の深さ分布を見ると、表面近傍($$sim$$1$$mu$$m)は主としてHが蓄積されており、Dがそれより少し深い部分より蓄積量が増加することが観測された。これはJT-60Uにおいて表面のトリチウム除去のために真空容器解放前(すなわち試料の取り出し直前)に実施されるH放電により、ごく表面にて、DとHとの同位体置換を生じた結果を示している。

論文

Effect of truncation of electron velocity distribution on release of dust particle from plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; 中村 浩章*; Zhu, S.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.264 - 269, 2007/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.65(Materials Science, Multidisciplinary)

プラズマ中のダスト粒子の挙動の研究では、プラズマはマクスウェル分布していると通常仮定している。ダスト粒子が導体壁上にあるとき、それを取り囲むプラズマはマクウェル分布と大きく異なっている。この論文では、電子速度分布の先端が切り取られていることにより、球形ダスト粒子がプラズマ対向壁から離脱するための条件がどう影響されるかを調べる。先端切取りの効果により、壁上の電場は、マクスウェル分布のときに比べ大きくなる。この増大された壁上電場のために、重力が壁から離れる向きにあるときのダスト粒子離脱条件領域は小さくなる。

口頭

Laser Raman analysis of plasma facing carbon tiles

吉田 雅史*; 田辺 哲朗*; 杉山 一慶*; 正木 圭; 宮 直之; Philipps, V.*

no journal, , 

TEXTORのリミタ表面及びJT-60プラズマに曝されたダイバータ部炭素材タイルのプラズマ対向表面をレーザ-Raman分光法により分析した。得られた結果をこれまでに報告されている各種炭素材あるいはイオン照射された炭素材のRaman分光分析結果と詳細に比較し、TEXTOR及びJT-60プラズマ対向面の損耗・再堆積各領域における表面層の構造について考察した。未照射の状態と比較して損耗領域と再堆積各領域ともその結晶構造は大きく変化しているものの、非晶質までは至っていないことがわかった。本研究により、プラズマ対向炭素材表面での損耗,再堆積等の分布や損傷の評価が可能であることを示した。2つの領域で得られた構造の変化について報告する。

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