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論文

Alpha particle-driven toroidal rotation in burning plasmas

本多 充; 滝塚 知典; 飛田 健次; 松永 剛; 福山 淳*

Nuclear Fusion, 51(7), p.073018_1 - 073018_9, 2011/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:36.07(Physics, Fluids & Plasmas)

The mechanism of a torque intrinsically produced by alpha particles and the subsequent possibility to create significant toroidal rotation and shear are investigated. In DEMO, an orbit-following Monte Carlo code OFMC predicts that the magnitude of both collisional and a $$vec{j}timesvec{B}$$ torques increases in a reversed shear configuration compared to that in a normal shear case. The gradient of the source profile of alpha particles produces the co-directed collisional torque and a counter-directed $$vec{j}timesvec{B}$$ torque, and both torques virtually cancel each other out over the entire domain. Eventually, the toroidal rotation velocity solely driven by alpha particles is not sufficient to stabilize resistive wall modes (RWMs), but neutral beam injection will be capable of exceeding the threshold of RWM stabilization, if it is used.

口頭

Progress in integrated modeling in JAEA

本多 充; 小関 隆久; 滝塚 知典; 清水 勝宏; 濱松 清隆; 林 伸彦; 星野 一生; 相羽 信行

no journal, , 

原子力機構で進められている統合モデリングについて、近年のコード開発とその成果を中心に進展を報告する。大きく分けて、1.5次元輸送コードTOPICSにモジュールを組合せて行う実験の定量的な解析、多流体輸送コードTASK/TXを用いたプラズマ回転の物理機構解明に向けた研究と実験との定性的な比較、SOL/ダイバータ統合コードSONICと粒子コードPARASOLを用いた周辺プラズマの挙動の解明、である。核燃焼プラズマの予測計算と来るべきJT-60SAプラズマの実験解析に向け、これら主な3つのコードをおおむね独立に開発しつつ、最終的にはすべてを統合化する方向で開発が進行している。現在は各コードの扱う物理モデルの拡張と改良を行っている。

口頭

Effect of poloidal rotation on ELM and RWM in tokamaks

相羽 信行; 白石 淳也; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

no journal, , 

Type-I ELMの原因である周辺MHDモード、及びディスラプションの原因の一つである抵抗性壁モード(RWM)の安定性に対するプラズマのポロイダル回転の影響について数値解析を行った。その結果、実験的に観測されている程度のポロイダル回転は、周辺MHDモードを不安定化する一方、RWMを安定化することを明らかにした。さらに、プラズマがトロイダル方向にも回転している場合、トロイダル回転の向きによってMHD安定性が変化することを示した。この傾向は、JT-60Uで観測されている「ELMの性質とトロイダル回転方向との依存性」を再現しうる結果であり、ポロイダル回転がELMの小振幅化を引き起こす重要な物理量である可能性を示したものである。また、RWMについてはこれまでトロイダル回転の向きに対する依存性については議論されていなかったが、今回の結果はRWMの安定化をしやすいトロイダル回転方向が存在することを意味するものである。そのため、今後実験などを行い、この結果の妥当性を確認し、確認された際にはJT-60SAやITERにおけるRWM安定化を検討するうえで重要な要因となるものである。

口頭

Present status of integrated modeling code in JAEA

林 伸彦; 本多 充; 星野 一生; 濱松 清隆; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 小関 隆久; 福山 淳*

no journal, , 

Development and integration of models for the whole tokamak plasma have progressed on the basis of experimental analyses and first principle simulations. Integrated models of core, edge-pedestal and scrape-off-layer (SOL)-divertor clarified complex and autonomous features of reactor relevant plasmas. The integrated core plasma model including an anomalous transport of alpha particles by Alfv$'e$n eigenmodes is developed in the core transport code TOPICS-IB and indicates the degradation of fusion performance. The integrated rotation model is developed in the advanced transport code TASK/TX and clarifies the mechanism of alpha particle-driven toroidal flow. A transport model of high-Z impurities is developed and predicts large inward pinch in a plasma rotating in the direction counter to the plasma current. TOPICS-IB is extended to include the edge-pedestal model by integrating with the stability code, simple SOL-divertor and pellet models, and clarifies the mechanism of pellet triggered ELM. The integrated SOL-divertor code SONIC is further integrated with TOPICS-IB and enables to study and design operation scenarios compatible with both the high confinement in the core and the low heat load on divertor plates.

口頭

Integrated simulation of pellet triggered ELM

林 伸彦; Parail, V.*; Koechl, F.*; 相羽 信行; 滝塚 知典; Wiesen, S.*; Lang, P. T.*; 大山 直幸; 小関 隆久

no journal, , 

Two integrated core / scrape-off-layer / divertor transport codes TOPICS-IB and JINTRAC with links to MHD stability codes have been coupled with models of pellet injection to clarify effects of pellet on the behavior of edge localized modes (ELMs). Both codes predicted the following two triggering mechanisms. The energy absorption by the pellet and its further displacement due to the E$$times$$B drift, as well as transport enhancement by the pellet, were found to be able to trigger the ELM. The ablated cloud of pellet absorbs the background plasma energy and causes a radial redistribution of pressure due to the subsequent E$$times$$B drift. Further, the sharp increase in local density and temperature gradients in the vicinity of ablated cloud could cause the transient enhancement of heat and particle transport. Both mechanisms produce a region of increased pressure gradient in the background plasma profile within the pedestal, which triggers the ELM. The mechanisms have the potential to explain a wide range of experimental observations.

口頭

High-efficiency ECCD with multi-wave system for DEMO

滝塚 知典

no journal, , 

定常トカマクDEMO炉における電子サイクロトロン電流駆動の効率を向上する方法を提言する。多重のアンテナにより多重の波を入射し電子の高エネルギーテールを形成して、電流駆動効率を上げる。多重のアンテナを磁力線に沿って配置することも有効である。多重波システムの最適化のモデリングとシミュレーション研究を先行して行うことを要望する。

口頭

Recent development of the integrated transport code TOPICS with emphasis on rotation and a radial electric field

本多 充; 林 伸彦; 滝塚 知典*; 吉田 麻衣子; 井手 俊介; 藤田 隆明

no journal, , 

A toroidal momentum solver has been derived for the 1.5D integrated transport code TOPICS from the equation of motion. A novel scheme that can uniquely determine the radial electric field $$E_r$$ without iterative calculations has also been modeled based on the neoclassical transport theory. The combination of TOPICS and OFMC enables us to predict the whole plasma evolution including the toroidal momentum and $$E_r$$. The framework developed has been tested against experiments and showed the predictive capability of toroidal rotation profile. Several time-dependent simulations in which toroidal rotation and $$E_r$$ play a important role have been carried out, showing that the turbulence suppression due to the steep $$E_r$$ gradient is of crucial importance in forming transport barriers and the confinement depends upon the direction of toroidal rotation due to the change in $$E_r$$.

口頭

Prospects for fusion simulation research using IFERC-CSC

矢木 雅敏

no journal, , 

IFERC-CSC計算機Heliosを用いたシミュレーション研究を展望する。まず、六ヶ所BAサイトの現状を紹介し、IFERC-CSCのミッションについて述べる。次に日本国内の研究活動である核燃焼プラズマ統合コード計画とプラズマ理論シミュレーショングループが進めている数値トカマク計画の概要及び代表的な研究成果について述べる。IFERC-CSCを用いてこれらの計画がどのように発展していくかを展望する。

口頭

Modeling of runaway electron generation and confinement during tokamak disruption

松山 顕之; 矢木 雅敏; 影井 康弘*

no journal, , 

ITERをはじめとする大型トカマク装置ではディスラプション中に発生する逃走電子によりプラズマ対向壁に損傷を与えることが懸念されており、逃走電子の発生機構の解明、対向壁へ及ぼす効果、緩和手法の研究が重要な課題とされている。本研究では、相対論的Fokker-Planck方程式と1次元輸送モデルを組合せてディスラプション時の誘導電場の発生とそれに伴う逃走電子の加速及び放射損失を評価することで、ディスラプション時に発生する逃走電子の密度及びエネルギー分布を評価することのできるモデリングコードを新たに開発した。本発表ではJT-60U, ITERなど異なる装置サイズやディスラプション条件での逃走電子発生のシミュレーション結果を示すとともに、モデリングによって評価されたエネルギーを相対論的電子軌道追跡コード(ETC-Rel)の入力データとして反映させることで、ディスラプションを想定した乱れた磁場中での逃走電子閉じ込めのシミュレーションを行った結果を示す。

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