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論文

Design, R&D and assessment of performance of the JT-60SA upper divertor

櫻井 真治; 川島 寿人; 東島 智; 清水 勝宏; 正木 圭; 朝倉 伸幸; 芝間 祐介; 逆井 章

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.891 - 894, 2009/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.95(Materials Science, Multidisciplinary)

「幅広いアプローチ」におけるサテライトトカマクと国内計画の共同プロジェクトである超伝導トカマク装置JT-60SAでは、長パルスの高加熱放電に対応するためプラズマ対向機器はすべて水冷される。遠隔保守のため、カセット方式のダイバータを導入し、ダイバータターゲットはカセット上に取り付けられる。ダイバータターゲットの第一候補は炭素材(C/C材)を冷却管にロウ付けする方式であり、最新の試験体は15MW/m$$^{2}$$$$times$$10秒の繰返し熱負荷に1000回以上耐える性能を示している。非接触ダイバータプラズマ状態を制御してターゲットへの熱負荷を低減できるようにダイバータを設計した。非接触状態を得やすくするため、ITERと同様に垂直ターゲットと「V字コーナー」形状を採用した。2次元流体コード(SOLDOR)と中性粒子モンテカルロコード(NEUT2D)を用いて、ダイバータ熱負荷と排気効率を評価した。外側strike点のピーク熱流束は、「V字コーナー」形状を採用し5$$times$$10$$^{21}$$/sのガスパフを行うと「V字コーナー」なしでの熱流束11.4MW/m$$^{2}$$から5.8MW/m$$^{2}$$まで低下する。

論文

Radiation process of carbon ions in JT-60U detached divertor plasmas

仲野 友英; 久保 博孝; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 川島 寿人; 東島 智

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.255 - 258, 2009/06

 被引用回数:17 パーセンタイル:76.47(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uの非接触ダイバータプラズマから放射される炭素イオンのスペクトル線強度を測定し、それらの強度比を衝突放射モデルを用いて解析した。その結果、プラズマからの放射パワーのうち、60%がC$$^{3+}$$イオン、30%がC$$^{2+}$$イオンによるものであること、及びC$$^{3+}$$はC$$^{2+}$$イオンの電離及びC$$^{4+}$$イオンの体積再結合によってほぼ同程度で生成することが明らかにされた。また、生成したC$$^{3+}$$は再結合によって損失するのではなく、放射領域から輸送によって損失することが示唆された。

論文

Deuterium retention, blistering and local melting at tungsten exposed to high-fluence deuterium plasma

洲 亘; 中道 勝; Alimov, V.; Luo, G.-N.*; 磯部 兼嗣; 山西 敏彦

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.1017 - 1021, 2009/06

 被引用回数:40 パーセンタイル:93.81(Materials Science, Multidisciplinary)

大きいフラックス(10$$^{22}$$D$$^{+}$$/m$$^{2}$$/s)と低いエネルギー(38eV)の重水素プラズマ(フルエンス:$$>$$10$$^{26}$$D/m$$^{2}$$)照射によるタングステンでのブリスタリング,重水素滞留及び局所的な溶融について、SEM, FIB, TDS、及びEPMAを用いて調べた。ブリスタリングと重水素滞留は、顕著な温度依存性及びフルエンス依存性を示したが、ブリスタリングが重水素-空孔のクラスタ形成,拡散と凝縮によるものと考えられ、その機構の解明によりブリスタリングの抑制に指針が与えられた。また、局所的な溶融はフレークのある結晶粒に現れ、フレークとバルク材との熱伝導の損失によるものと考えられる。

論文

Statistical analysis to the SOL plasma fluctuation in JT-60U

朝倉 伸幸; 大野 哲靖*; 田中 宏彦*; 川島 寿人; 仲野 友英

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.364 - 367, 2009/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.15(Materials Science, Multidisciplinary)

周辺プラズマ研究では、非拡散的なプラズマ輸送が多くの装置で静電プローブや高速カメラにより観測されている。JT-60Uでは、低・高磁場側SOLに設置した3台の可動静電プローブにより揺動測定を行い、統計的手法等により揺動特性とプラズマ流に及ぼす影響の理解を進めている。イオン飽和電流の揺動から得られた統計確率関数における歪み(Skewness)は、非拡散輸送の発生確率とともに大きくなるが、Lモードプラズマでは低磁場側赤道面で大きく、ダイバータや高磁場側SOLでは小さく非対称となる。さらに、赤道面外側10cm程度まで歪みが大きいことから、非拡散的揺動は特に低磁場側赤道面で現れ、SOLプラズマの拡散に影響を及ぼしていると推測される。一方、Hモードプラズマで揺動レベルは3か所とも大きいが、非拡散的揺動は外側2cm程度までしか見られないことから、揺動の大きさが異なるものと思われる。さらに、SOLプラズマは低磁場側SOLから高磁場側ダイバータへ磁力線に沿い流れるが、揺動輸送がSOLプラズマに及ぼす影響について議論する。

論文

RF heated wall conditioning discharges in JT-60U

伊丹 潔; 朝倉 伸幸; 玉井 広史; 森山 伸一; 神永 敦嗣

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.983 - 987, 2009/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:72.74(Materials Science, Multidisciplinary)

超伝導トカマク装置では、定常の高トロイダル磁場が存在すること、ポロイダルコイル電圧に制限があることから、従来用いられているグロー放電(GDC)あるいはテイラー放電洗浄(TDC)を用いることができない。そのため高トロイダル磁場条件でRF加熱による壁調整放電の開発が求められている。JT-60Uでは、2000年及び2008年にECRF加熱を壁調整放電の実験を行った。その結果トロイダル磁場に加え水平磁場を印加したときに、生成に成功した。水平磁場を印加することによりプラズマが真空容器全域に均一に広がることがプラズマ密度計測から明らかになった。このように開発したRF壁調整プラズマを、ディスラプション後のプラズマに適用し、次の放電をスムーズに立ち上げることに成功した。

論文

Hydrogen isotope retention in the outboard first wall tiles of JT-60U

吉田 雅史; 田辺 哲朗*; 信太 祐二*; 林 孝夫; 正木 圭; 佐藤 正泰

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.635 - 638, 2009/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:56.98(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uの真空容器内壁(第一壁)のトーラス外側のカーボンタイルについて、昇温脱離法((TDS),二次イオン質量分析方(SIMS)、及び走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて水素同位体(重水素)蓄積に関して測定した。外側第一壁では、通説通り損耗していることを確認した。また外側第一壁では、ダイバータ領域と異なり重水素が多く蓄積しており、さらに表面からかなり深い位置にまで重水素が捕獲されていることをSIMSによる深さ測定から明らかとなった。測定された深さは、入射された高速中性粒子入射(NBI)のエネルギーに概略対応するので、この堆積はNBIに起因する高エネルギー重水素に起因することを示唆している。さらに、外側第一壁の水素蓄積量は、単位時間・面積あたりではダイバータ損耗領域のものとほぼ同じで、ダイバータ堆積領域のものと比べ少ない。SIMSから得られた重水素の侵入深さ、及び真空容器に占める第一壁の面積を考慮すると、外側第一壁の炉内全体の蓄積量への寄与は、ダイバータ堆積領域のものと同程度の寄与を与える可能性があることが今回の測定で明らかとなった。

論文

Particle control study towards burning plasma control in JT-60U

竹永 秀信; JT-60チーム

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.869 - 875, 2009/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.11(Materials Science, Multidisciplinary)

燃料粒子密度は燃焼プラズマにおいて外部制御可能な数少ない物理量であり、燃焼プラズマの制御手法を開発するためには、粒子制御性の解明が重要である。最初に、密度分布を決定する機構及び密度分布と不純物蓄積との関係を調べた。乱流輸送の指標で規格化した衝突周波数が減少すると密度分布がピークすることが観測され、乱流輸送による内向き対流粒子束が密度分布決定に大きく影響していることを明らかにした。また、逆方向プラズマ回転時に密度分布がピークする傾向が観測されており、ほかのパラメータ依存性も存在する。ピークした密度分布では、炭素蓄積は観測されなかったが、タングステン蓄積が観測された。次に、粒子供給の閉じ込め特性への影響を新たに導入したガスジェット入射装置を用いて明らかにした。ガスジェットにより規格化半径0.8においてイオン温度が急激に減少することが観測され、ペレット入射装置同様ペデスタルより内側へ直接影響を与えている。しかしながら、閉じ込め特性はペレット入射装置と異なり密度が上昇するとともに劣化した。この閉じ込め劣化により、DT核融合反応率の温度依存性を考慮して燃焼プラズマを模擬する実験においては、粒子供給で密度を上げても模擬核融合増倍率は減少した。

論文

Retention and depth profile of hydrogen isotopes in gaps of the first wall in JT-60U

信太 祐二*; 新井 貴; 柳生 純一; 正木 圭; 佐藤 正泰; 田辺 哲朗*; 山内 有二*; 日野 友明*

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.643 - 646, 2009/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:38.58(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、JT-60の放電実験に曝された第一壁タイルを取り出し、タイル表面及び側面の重水素(D)及び軽水素(H)蓄積量を2次イオン質量分析法,昇温脱離法を用いて評価した。分析したタイルは外側ミッドプレーンと内側第一壁のタイルである。側面のギャップ間隔が広くなるとボロン(B)堆積量とD+H蓄積量が増える傾向にあった。D濃度はBとともに増加していたことから、DとBが同時期に蓄積されたものと考えられる。Bの堆積は、ボロニゼーション時の堆積と、主放電時にタイル表面で損耗されたBのギャップへの再堆積の可能性が考えられる。D+H蓄積量は側面上側の方が多かったが、上下でそれほど大きな差はなく、側面の下側へもかなり蓄積することがわかった。内側第一壁タイルの側面(ギャップ間隔20mm)には厚い($$sim$$10$$mu$$m)炭素堆積層が確認された。イオンはギャップの底には到達できないので、炭化水素のような中性の粒子が堆積したものと考えられる。本研究で調べたギャップ側面のDのリテンションは1e22m$$^{-2}$$のオーダーであった。放電時間あたりの蓄積速度はダイバータ部よりも一桁程度小さいが、第一壁全体のリテンションは非常に大きくなる可能性があることを示唆している。

論文

Investigation of C IV line broadening mechanisms for plasma diagnostics in magnetic fusion devices

Koubiti, M.*; 仲野 友英; Capes, H.*; Ferri, S.*; Godbert-Mouret, L.*; Marandet, Y.*; Rosato, J.*; Stamm, R.*

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.1142 - 1144, 2009/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.15(Materials Science, Multidisciplinary)

トカマク装置の非接触ダイバータプラズマにおいてX点付近の強い放射領域では、リチウム様炭素イオンのスペクトル線の強度比を解析することにより、電子密度が10$$^{22}$$m$$^{-3}$$、電子温度が1-10eVと測定されたことが報告されている。この高い電子密度を確認するためにスペクトル線の拡がりを解析することを提案した。ここではリチウム様炭素イオンのスペクトル線C IV($$n$$=6-7:$$lambda$$=772.6nm)の拡がりを独自に改良したPPPコードを用いたシミュレーションにより計算した。上記の温度と密度の範囲では温度によるドップラー拡がりと密度によるシュタルク拡がりがスペクトル線の拡がりに同程度寄与することがわかった。よって、この解析によって温度と密度を同時に定めることも可能であるが、精度の観点からは独立した計測によりこれらのパラメータを検証すべきである。

論文

Numerical analysis of incident angle of heavy metal impurity to plasma facing components by IMPGYRO

星野 一生; 藤間 光徳*; 古林 真彦*; 畑山 明聖*; 井内 健介*; 大宅 薫*

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.168 - 171, 2009/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:32.89(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉のプラズマ対向壁材料にタングステンを用いた場合、タングステン不純物の炉心混入と放射損失が問題となる。不純物の炉心混入量を予測評価するためには、自己スパッタリング率と反射率の評価が重要である。これらは、不純物粒子の固体壁への入射角に強く依存することが知られている。そこで、モンテカルロ不純物輸送コードIMPGYROを用いて、JT-60Uの接触及び非接触プラズマ分布を用いたタングステン不純物の輸送解析を行い、ダイバータ板への入射角度分布を調べた。その結果、入射粒子の価数に対応した幾つかのピークを持つ入射角度分布が得られた。これは、シース電場による壁垂直方向への加速が、入射粒子の価数に依存するためである。また、自己スパッタリング率及び反射率に対するシースの影響を調べた。接触プラズマ状態では、おもに、シース電場により入射角が変化したことに起因して、シース電場を考慮しない場合に比べて自己スパッタリング率が増大した。一方、非接触プラズマ状態では、反射が支配的であり、シース電場の影響はほとんどみられなかった。

論文

Kinetic effect of thermal force on impurity transport; Simulation of JT-60SA divertor with integrated divertor code SONIC

清水 勝宏; 滝塚 知典; 川島 寿人

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.307 - 310, 2009/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:56.98(Materials Science, Multidisciplinary)

トカマク型核融合炉のダイバータ板熱負荷を低減するには、ダイバータプラズマを冷却する必要がある。そのために、不純物制御法(ダイバータ領域に不純物を保持する)を確立する必要がある。この制御法確立を目指して、不純物の発生,輸送に関するシミュレーション研究を行っている。これまで、不純物輸送は、多くの場合流体モデルで扱われてきたが、われわれはモンテカルロ手法を用いた不純物輸送コードIMPMCを開発した。モンテカルロ法によるモデリングにより、運動論効果や複雑な炭化水素の解離過程を考慮することができる。今回、運動論効果に注目し、JT-60SAの非接触プラズマにおけるヘリウムの輸送について調べた。ダイバータにおけるリサイクリングを無視したときには、ヘリウムのダイバータにおける密度は、これまでの流体モデルの計算と比べて約2倍程度増大することがわかった。しかし、この効果は、リサイクリングによって、相対的に小さくなることが明らかになった。

論文

Tritium removal by isotopic exchange

田辺 哲朗*; 杉山 一慶*; 柴原 孝宏*; 広畑 優子*; 吉田 雅史; 正木 圭; 佐藤 正泰

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.705 - 708, 2009/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.11(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uのダイバータ領域,第一壁への軽水素(H),重水素(D),三重水素(T)のすべての蓄積状態をレビュー,壁の温度,再堆積層の有無等を勘案して、将来のDT炉において、DD放電による同位体置換がどの程度有効かを評価した。放電に使われた軽水素,重水素、及びDD反応で発生した三重水素それぞれが蓄積量,蓄積深さ分布が異なっており、その理由を検討した。これにより高エネルギーで入射する三重水素,NBI加熱パワーの低い軽水素,壁温度等の役割を定性的にではあるが、ほぼ明らかにすることができた。また、軽水素,重水素の蓄積量及び深さ分布及びそれらの壁温度による違いから、DD放電後のHH放電において重水素が軽水素によって置換されたことを明らかにし、その置換は壁温度によってかなり異なるものの、プラズマ対向面の表面では非常に有効であると結論した。

論文

Release conditions of dust particle from plasma-facing wall in oblique magnetic field

冨田 幸博*; 河村 学思*; Smirnov, R.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.164 - 167, 2009/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.15(Materials Science, Multidisciplinary)

斜行磁場中の垂直なプラズマ対向壁からの球形ダスト粒子の離脱条件を解析的に調べた。ポアソン方程式か、ダストの離脱力を決めるシース電場を求めた。電場は磁場が壁に平行に近くなるほど減少する。一方プラズマ流は適度な斜行磁場中で大きくなる。強磁場中では、離脱可能ダストの半径は磁場入射が壁に鋭角になるほど大きくなる。また弱磁場中では、中間入射角のとき、すべてのダストが離脱できなくなる。

論文

Deuterium depth profiling in graphite tiles not exposed to hydrogen discharges before air ventilation of JT-60U

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

Journal of Nuclear Materials, 390-391, p.667 - 670, 2009/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.95(Materials Science, Multidisciplinary)

大気解放前に軽水素プラズマ放電に晒されていないJT-60U炭素タイルの重水素深さ分布をD($$^{3}$$He,p)$$^{4}$$He核反応分析法を用いて評価した。分析試料はW型ダイバータ及び第一壁領域の計8か所から採取した。核反応分析法における入射ビームのエネルギーは0.69$$sim$$3.5MeVであった。最も重水素濃度が高かったのは第一壁のアウトボード側赤道面近傍であり、深さ16$$mu$$mまでの重水素の面密度は1.9$$times$$10$$^{22}$$D/m$$^{2}$$であり、最大重水素密度はD/C=0.13であった。またダイバータ領域で重水素量が最も多かったのは、ドームトップタイルであり、深さ16$$mu$$mまでの重水素の面密度は1.2$$times$$10$$^{22}$$D/m$$^{2}$$であり、最大重水素密度はD/C=0.09であった。今回測定した軽水素プラズマ放電に晒されていない試料は、軽水素放電ありの試料と比べて重水素量が約2$$sim$$9倍多く、軽水素放電がプラズマ対向壁中の重水素(及びトリチウム)の除去に有効であることがわかった。

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