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論文

Development of a drift-kinetic simulation code for estimating collisional transport affected by RMPs and radial electric field

菅野 龍太郎*; 沼波 政倫*; 佐竹 真介*; 松岡 清吉; 高丸 尚教*

Contributions to Plasma Physics, 56(6-8), p.592 - 597, 2016/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:90.31(Physics, Fluids & Plasmas)

共鳴摂動磁場と径電場の効果を含む準定常状態の衝突性輸送を計算するための$$delta f$$法に基づくドリフト運動論コードを開発した。本論文では、コードの妥当性を複数のテスト問題によって確認した。その結果、径電場がない場合に磁力線のカオス的振る舞いによって強く影響を受ける電子輸送が、正の径電場によって低減されることを明らかにした。

論文

Edge radial electric field formation after the L-H transition on JT-60U

神谷 健作; 松永 剛; 本多 充; 宮戸 直亮; 浦野 創; 鎌田 裕; 居田 克巳*; 伊藤 公孝*; JT-60チーム

Contributions to Plasma Physics, 54(4-6), p.591 - 598, 2014/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:61.31(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60U装置において観測されたL-H遷移における径電場構造について報告する。本発表では、無次元量であるポロイダルマッハ数に着目し、通常のトカマク型装置において観測される閉じ込め時間よりも十分短い時間スケールのL-H遷移現象とJT-60Uで観測される閉じ込め時間程度の長い時間スケールのL-H遷移現象を比較する。さらに、長い時間スケールのL-H遷移に続いて観測されるHモード中における短い時間スケールの多段階電場遷移のメカニズムについて、同一条件でもHモード中の多段階電場遷移現象の無い場合とプラズマ分布や乱流状態を詳細に比較することで、その発生条件を探り、また理論モデルとも比較する。

論文

Simulation study of nonlocal transport from edge to core in tokamak plasmas

矢木 雅敏; 松山 顕之; 宮戸 直亮; 滝塚 知典*

Contributions to Plasma Physics, 54(4-6), p.363 - 367, 2014/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

In this work, the simulation study of nonlocal transport from edge to core in tokamak plasmas has been performed using 4-field reduced MHD model. The cylindrical particle source is applied in the plasma edge, after the steady state of resistive ballooning turbulence is attained. After a short time, the source is switched off and the plasma response is investigated. It is found that applying the particle source induces (0,0) and (1,0) modes of density fluctuations, where ($$m,n$$) indicates the set of poloidal mode number $$m$$ and the toroidal mode number n. These modes interact with each other by the nonlinear and/or toroidal couplings. The convective cell mode such as (1,0) mode is attributed to the nonlocal transport instead of the long-range fluctuation such as (1,1) mode excited by the turbulence. The simulation result indicates that two-dimensional transport in the poloidal plane plays a key role to describe the nonlocal transport.

論文

Development of the backflow model for simplified impurity exhaust in Monte-Carlo calculation

星野 一生; 清水 勝宏; 川島 寿人; 滝塚 知典*; 仲野 友英; 井手 俊介

Contributions to Plasma Physics, 54(4-6), p.404 - 408, 2014/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:33.73(Physics, Fluids & Plasmas)

ダイバータプラズマシミュレーションにおいて不純物ガス輸送をモンテカルロ法で扱う場合、サブダイバータ領域における時定数が長いため、シミュレーションの収束に必要な計算時間が増加することが問題となる。そこで、サブダイバータからダイバータへの逆流量を事前に求めガスパフソースとして扱うことで、サブダイバータ領域における計算を省略することのできる逆流モデルを開発し、計算時間を大幅に短縮させた。開発したモデルを実装したダイバータコードSONICを用いて、JT-60SAの完全非誘導電流駆動シナリオの成立性について調べた。Arガスパフを行うことで、電子サイクロトロン電流駆動に必要な低密度(スクレイプオフ層の赤道面で1.2$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$)と低ダイバータ熱負荷(10MW/m$$^2$$)が両立でき、完全非誘導電流駆動シナリオが成立することを示した。

論文

Integrated simulation study of ELM pacing by pellet injection in ITER

林 伸彦; 相羽 信行; 滝塚 知典*; 大山 直幸

Contributions to Plasma Physics, 54(4-6), p.599 - 604, 2014/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

Simulations with an integrated code TOPICS-IB showed that a small pellet can significantly reduce the ELM energy loss by penetrating deeply into the pedestal and triggering high-n ballooning modes localized near the pedestal top, with conditions; the injection from the low-field-side with a speed fast enough to approach the pedestal top when the pedestal pressure is about 95 % of natural ELM onset. The effectiveness of the above suitable conditions of pellet injection for ELM pacing has been confirmed by JT-60U and then ITER simulations. The pellet particle content required for ELM pacing is larger for the pedestal plasma with higher density and farther from the stability boundary of ideal ballooning mode near the pedestal top. For an ITER standard scenario, the required pellet particle content is about a few % of pedestal particle content, which gives the physics background to the present design value. Simulations also shows that fueling pellets can be injected from the high-field-side just after ELM pacing pellets without disturbing the pacing.

論文

Simple and fast Poisson solver with arbitrary boundary shape and condition for PIC simulation

滝塚 知典*; 東 修平*; 福山 淳*; 清水 勝宏

Contributions to Plasma Physics, 54(4-6), p.388 - 393, 2014/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.64(Physics, Fluids & Plasmas)

Particle-in-cell(PIC)粒子シミュレーションは核融合装置における境界プラズマの物理を理解するための強力な手法である。長方形容器中の直交格子を扱うPoissonソルバーは非常に高速であるが、複雑なダイバータ配位のシミュレーションには簡単には適用できない。この論文では、PICシミュレーションのための任意境界形状と条件を取り扱える単純で高速のPoissonソルバーを提案する。このソルバーでは境界点が重要であり、その点上で電荷密度が適切に与えられ、境界条件が満たされる。開放系の粒子シミュレーションでは、時間ステップ内に粒子が自由に運動しているか境界壁に当たるかを識別する必要がある。PICシミュレーションで粒子位置が境界を越えたかどうかを判別する新手法も提案する。

論文

Simulation study of an extended divertor leg for heat control in the SlimCS DEMO reactor

星野 一生; 清水 勝宏; 朝倉 伸幸; 滝塚 知典; 中村 誠; 飛田 健次

Contributions to Plasma Physics, 52(5-6), p.550 - 554, 2012/06

 被引用回数:17 パーセンタイル:32.1(Physics, Fluids & Plasmas)

核融合原型炉において、ダイバータにおける膨大な熱の制御は最も重要な課題である。本研究では、核融合原型炉SlimCSを対象として統合ダイバータコードSONICを用いたダイバータ数値シミュレーションを行い、熱制御性に対するダイバータレッグ長さの効果について検討した。解析の結果、ダイバータレッグを長くした場合、従来のダイバータ形状に比べて外側ダイバータにおけるピーク熱負荷が約30%低減した。これは、ダイバータレッグの延長に加えV型コーナーを深くすることでリサイクリングが活発になり、外側ダイバータにおけるイオン温度が大幅に低下したこと、また、ダイバータ近傍にあった不純物放射領域が上流へと移動したことに起因する。

論文

Simulation study of L/H transition with self-consistent integrated modelling of core and SOL/divertor transport

矢木 雅敏; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 本多 充; 林 伸彦; 星野 一生; 福山 淳*

Contributions to Plasma Physics, 52(5-6), p.372 - 378, 2012/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:78.04(Physics, Fluids & Plasmas)

We have developed a self-consistent integrated modelling of core and SOL/divertor transport. Thereby it enables us to investigate operation scenarios to be compatible with high confinement core plasma and detached divertor plasmas. A 1.5D core code TOPICS-IB and a 2D divertor code SONIC were coupled successively with a Multiple Program Multiple Data parallel computing system. For an integrated code including Monte-Carlo calculations, this system makes it possible to perform efficient simulations. The dynamic simulation for the L/H transition in JT-60SA is carried out by this integrated code with a CDBM transport model including the E$$times$$B shearing effect. Impacts of SOL/divertor transport on the L/H transition is studied.

論文

Characterization of the JT-60U divertor plasma region during the formation of a strong radiation

Koubiti, M.*; 仲野 友英; Capes, H.*; Marandet, Y.*; Mekkaoui, A.*; Mouret, L.*; Rosato, J.*; Stamm, R.*

Contributions to Plasma Physics, 52(5-6), p.455 - 459, 2012/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:78.04(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uの非接触ダイバータプラズマから放射されるC IV($$n$$=6-7)スペクトル線を高波長分解能可視分光器で測定し、そのスペクトル形状をPPPコードで解析した。以前の解析では、一組の電子密度と電子温度からPPPコードによって計算されたスペクトル形状と測定されたスペクトル形状を比較していた。この方法ではX点MARFEの周辺部では測定されたスペクトルをよく再現することができたが、X点MARFEの中心部では良い再現が得られなかった。今回の解析では二組の電子密度と電子温度からPPPコードによって計算されたスペクトルを足しあわせることによって、測定されたスペクトルの再現に成功した。このときの電子密度と電子温度の組合せは、それぞれ、1$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$と23.0eV及び6$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$と2.5eVであり、それらの割合は65:35であった。

論文

Two-temperature warm dense matter produced by ultrashort Extreme Vacuum Ultraviolet-Free Electron Laser (EUV-FEL) pulse

Inogamov, N. A.*; Faenov, A. Ya.*; Zhakhovsky, V. V.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Yu.*; Petrov, Y. V.*; Khokhlov, V. A.*; Shepelev, V. V.*; Anisimov, S. I.*; Fortov, V. E.*; et al.

Contributions to Plasma Physics, 51(5), p.419 - 426, 2011/06

 被引用回数:19 パーセンタイル:30.15(Physics, Fluids & Plasmas)

極短パルス,極端紫外自由電子レーザー(EUV-FEL)パルス(波長:50nm,パルス幅:100fs)をフッ化リチウム(LiF)のような誘電体に照射することで、結晶状態にあるLiFの破砕現象を初めて観測した。低フルーエンスの場合ではLiFの破砕現象が起こり、これがLiFの低いアブレーション閾値の原因となっていることを明らかにした。同様の現象は、ピコ秒パルスの関西光科学研究所X線レーザー装置を用いた実験でも観測されている。この破砕現象は、ナノ秒パルスのX線レーザー装置では観測されておらず、フェムト$$sim$$ピコ秒パルス特有の現象であることをモデル計算から明らかにした。

論文

Accumulation process of high-Z impurity in toroidal rotating tokamak plasma

星野 一生; 滝塚 知典; 仲野 友英

Contributions to Plasma Physics, 50(3-5), p.386 - 391, 2010/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:72.37(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uタングステン実験から、プラズマ電流と逆方向にトロイダル回転速度を上げていくと、タングステンの炉心蓄積量が増加することがわかっている。解析を進めたところ、従来は考えられていなかった高Z不純物に特有と考えられる新しい炉心蓄積機構を発見した。トロイダル回転している炉心プラズマに混入した高Z不純物は、衝突により背景プラズマのトロイダル回転速度程度まで加速され、磁気面からの粒子軌道のずれが大きくなる。この結果、粒子軌道に沿って電子温度が変化するため、粒子軌道上に電荷分布が形成され、ポロイダル位置による磁気ドリフト速度の差から内向きピンチが生じる。この内向きピンチの大きさは、ポロイダル回転周期に大きく依存する。径方向電場によるポロイダル方向のE$$times$$Bドリフトはポロイダル回転周期を遅くし、この時のピンチ速度は数m/sと見積もられる。このような、粒子軌道の磁気面からのずれと原子過程に伴う内向きピンチは、モンテカルロ不純物輸送コードIMPGYROによるシミュレーションにおいても確認された。

論文

Modelling of ion kinetic effects for SOL flow formation

滝塚 知典; 星野 一生; 清水 勝宏; 矢木 雅敏*

Contributions to Plasma Physics, 50(3-5), p.267 - 272, 2010/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:72.37(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクのSOL流には逆流等の複雑構造が形成されるが、その物理機構はおもにイオンの有限軌道巾の効果であることを、最近われわれは粒子シミュレーションにより明らかにした。このシミュレーション結果に基づいて、イオン軌道により誘起されるプラズマ流を流体近似で記述するモデルを構築した。トカマクプラズマを中心領域/遷移層/SOL領域に3分割し、イオン流体の磁場非捕捉成分と捕捉成分の効果を分離して、軌道誘起流のモデル式を構成する。衝突効果とポロイダル方向分布も取入れる。軌道誘起流はプラズマ境界域で大きくなる。この軌道誘起流の項を加えたイオン流体の新方程式を提示する。

論文

Effect of source and sink on heat transport in the SOL

Froese, A.*; 滝塚 知典; 矢木 雅敏

Contributions to Plasma Physics, 50(3-5), p.273 - 278, 2010/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:64.51(Physics, Fluids & Plasmas)

1次元粒子コードPARASOLを用いた完全な運動論シミュレーションにより、SOL中の磁力線平行の電子熱輸送をソースとシンクの影響を考慮して調べた。熱流束の流体近似は、衝突が多いときSpitzer-Harm形式で表され、衝突が少ないときは制限された自由熱流束形式で表される。一般的に制限値は0.1程度の定数と考えられているが、ここではその制限値に対するプラズマパラメータ(衝突度やソースとシンクの様相等)の影響を調べた。制限値は衝突度減少に従って0.01から10まで変化しうる。高エネルギーテールがこの大きな変動に寄与している。Langevin型熱源の場合は電子エネルギー分布はMaxwell分布に保たれるので、制限値は0.05から0.3までの変化に収まる。また制限値が大きくなるには放射損失が重要であることもわかった。

論文

Interaction of short laser pulses in wavelength range from infrared to X-ray with metals, semiconductors, and dielectrics

Inogamov, N. A.*; Faenov, A. Ya.*; Zhakhovskii, V. V.*; Skobelev, I. Y.*; Khokhlov, V. A.*; 加藤 義章*; 田中 桃子; Pikuz, T. A.*; 岸本 牧; 石野 雅彦; et al.

Contributions to Plasma Physics, 51(4), p.361 - 366, 2010/05

 被引用回数:18 パーセンタイル:31.79(Physics, Fluids & Plasmas)

Laser-matter interaction is defined by an electric band structure of condensed matter and frequency of electromagnetic radiation. The thermalization processes are different for optical as compared with X-ray quanta and for metals relative to semiconductors and dielectrics, since the light absorption and electron-electron, electron-ion dynamics are sensitive to the electron population in a conduction band and the width of a forbidden gap. Although the thermalization processes are different, the final state is simply a heated matter. Laser heating creates powerful stresses in a target if duration of laser pulse $$tau$$$$_{L}$$ is short in acoustic time scale. Nucleation and material removal take place under such stresses. Such way of removal is called here the spallative ablation. Thus the spallative ablation is an ablation mechanism universally important for qualitatively different materials and quanta.

論文

Analysis of particle pumping using SOLDOR/NEUT2D code in the JT-60U tokamak

川島 寿人; 清水 勝宏; 滝塚 知典

Contributions to Plasma Physics, 48(1-3), p.158 - 163, 2008/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:76.39(Physics, Fluids & Plasmas)

SOL/ダイバータでの粒子制御のためのダイバータ排気の理解を進め、将来装置に外挿するため、SOLDOR/NEUT2Dコードを用いてJT-60Uのダイバータ排気のシミュレーションを実施した。ダイバータ排気室内の排気粒子束や中性粒子圧力は実験計測値をよく再現し、コードの精度を確認した。この結果に基づき、能動的粒子制御のためには、より高い排気性能が必要であることを指摘した。そこで、排気効率(排気粒子束/ダイバータ部で発生する粒子束)の改善を目指したシミュレーションを行った。その結果、ダイバータ板上ストライク点と排気口間の距離の短縮やダイバータ板の仮想的垂直化などにより、排気効率が改善されることを見いだした。一方、次期装置JT-60SAでの検討は、排気口幅を狭めることにより逆流粒子束を低減し、排気効率が増大することを示した。さらに、これらの入射粒子束と逆流粒子束のダイバータ形状に対する依存性を理解するため、中性粒子挙動における各過程(電離,荷電交換,弾性散乱,解離及び再結合)のダイバータ形状やプラズマ状態(接触/非接触プラズマ)に与える効果を明らかにした。

論文

Integrated ELM simulation with edge MHD stability and transport of SOL-divertor plasmas

林 伸彦; 滝塚 知典; 相羽 信行; 小関 隆久; 大山 直幸

Contributions to Plasma Physics, 48(1-3), p.196 - 200, 2008/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:85.24(Physics, Fluids & Plasmas)

周辺部局在モード(ELM)により引き起こされるエネルギー損失に対する圧力分布の効果を、統合コードTOPICS-IBを用いて調べた。TOPICS-IBは、輸送コードに基づき、ピーリング-バルーニングモード安定性コードとスクレイプオフ層-ダイバータプラズマモデルを統合したものである。ペデスタル頂上内側の急峻な圧力勾配が、不安定性の固有関数を広げることによりELMで増幅される輸送の範囲を広げて、ELMによるエネルギー損失を増倍させることを明らかにした。シミュレーションで得られたエネルギー損失は、多装置の実験データベースに示されるように、ペデスタルエネルギーの15%以上になる。

論文

Effect of radial transport loss on the asymmetry of ELM heat flux

滝塚 知典; 大山 直幸; 細川 哲成*

Contributions to Plasma Physics, 48(1-3), p.207 - 211, 2008/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:80.75(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクプラズマ中のELMの崩壊後のSOL-ダイバータプラズマの動的挙動を1次元PARASOLシミュレーションにより研究した。特にELMの熱流の非対称性について調べた。ELMの崩壊位置が非対称なので、両側ダイバータ板へのELM熱流は非対称になり、ダイバータ板への熱流のピーク値の非対称性は連結長の比に従って増加する。しかし、ダイバータ板への熱流入量の非対称性は小さい。径方向輸送損失があれば、熱流入量にも非対称性が生じるが、それでも損失が相当大きくてもその非対称性は大きくない。SOL電流によって運ばれる電子熱流と非対称的SOL流が運ぶ対流熱が熱流入量の非対称性を大きくしない原因である。

論文

Extension of IMPMC code toward time evolution simulation

清水 勝宏; 滝塚 知典; 川島 寿人

Contributions to Plasma Physics, 48(1-3), p.270 - 274, 2008/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:76.39(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク装置のダイバータによる粒子・熱制御を研究するため、プラズマ/中性粒子/不純物の挙動を総合的に扱うダイバータ統合コードSONIC(SOLDOR/NEUT2D/IMPMC)の開発を進めている。SONICコードの特徴は、不純物輸送に解析精度に優れたモンテカルロ法によるIMPMCコードを組み込むことである。モンテカルロ法は、モデリングの自由度に優れるものの、背景のプラズマの密度,温度は変わらないものとして、IMPMCで不純物の密度分布を計算する必要があった。しかし、プラズマと不純物は相互に強い相互作用があり、その仮定には無理があった。そこで、この欠点を解決し、IMPMCで不純物の時間発展シミュレーションを行えるように拡張する。その際、問題となるのは、テスト粒子がシミュレーションの間、増え続け、計算時間が掛かるようになることである。テスト粒子のほとんどは、主プラズマに存在し、また、ポロイダル方向に一様に分布する。このことに着目し、テスト粒子削減アルゴリズムを考案し、シミュレーションを行い、そのモデルの妥当性を検証した。これによって、時間発展を扱う統合ダイバータコードSONICの開発が可能となった。

論文

Effect of oblieque magnetic field on release conditions of dust particle from plasma-facing wall

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

Contributions to Plasma Physics, 48(1-3), p.285 - 289, 2008/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:71.96(Physics, Fluids & Plasmas)

球形ダスト粒子がプラズマ対向壁から離脱するときの条件に対する斜め磁場の効果を解析的に調べた。解析では、プラズマの磁気プレシースとデバイシースを取り入れた。デバイシース電位降下が大きいとき、壁から離脱するダスト粒子の半径は、磁場の壁入射角度が浅くなるほど、大きくなることがわかった。この半径より小さいダストだけが壁から離脱できる。一方電位降下が小さいとき、磁場の壁入射角度によっては、すべてのサイズのダスト粒子が離脱できなくなることがわかった。この解析結果は、壁から離脱するダストのサイズを、プラズマ密度,温度又は壁バイアス電位で制御できる可能性を示した。

論文

Effect of SOL decay length on modeling of divertor detachment by using simple core-SOL-divertor model

日渡 良爾*; 畑山 明聖*; 滝塚 知典

Contributions to Plasma Physics, 48(1-3), p.174 - 178, 2008/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

ダイバータ領域における不純物放射損失と運動量損失を取り入れて、コア-SOL-ダイバータ(CSD)モデルを非接触ダイバータに適用できるかどうか調べた。低リサイクリング,高リサイクリング及び非接触状態の三形態をCSDモデルにより再現できた。SOL領域における密度の減衰長(dn)と温度の減衰長(dT)の比が、実験データから示唆されているように、SOL温度(Ts)の0.5乗に比例(dn/dT$$sim$$sqr(Ts))するように設定すれば、CSDモデルはB2-EIRENEの結果によく一致する。

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