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Urso, L.*; Zohm, H.*; Fischer, R.*; 諫山 明彦; 鎌田 裕; ASDEX Upgradeチーム; JT-60チーム
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 32D, 4 Pages, 2008/00
新古典テアリングモード(NTM)は、発生するとプラズマの到達ベータ値や閉じこめ性能を劣化させることが知られていて、多くの装置において観測されている。電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を用いたNTMの安定化はASDEX-UやJT-60U等において行われていて、安定化手法の開発も行われている。今回、ASDEX-U及びJT-60UにおけるNTM安定化実験の平衡及び分布データを用いて、NTMの時間発展を記述する修正Rutherford方程式に含まれる係数の値を評価した。その結果、同程度の大きさの係数で両装置のNTMが記述できることが明らかになった。また、NTMの成長時及び消滅時における時間発展に関しても実験結果を比較的よく再現する結果が得られた。
5D Vlasov code GT5D井戸村 泰宏; 井田 真人; 徳田 伸二
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00
保存型ジャイロ運動論的トロイダル5次元ブラゾフコードGT5Dを開発した。このコードでは一般曲線座標系に拡張した保存型差分スキームとジャイロ運動論方程式の重要な性質である位相空間体積保存を厳密に満たす離散化手法の開発により、トーラス配位において高精度かつロバーストな長時間トカマク乱流シミュレーションが可能になった。コードの物理的検証を目的として線形ベンチマークテストを行いトロイダル粒子コードと一致する結果を得た。また、従来の粒子コードで問題となっていた粒子数保存やエネルギー保存といったジャイロ運動論方程式の第一原理が高精度に満たされることも確認した。
岡本 征晃*; 平石 剛大*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 仲野 友英; 河野 康則; 小関 隆久; 杉原 正芳
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00
トカマクプラズマのディスラプション時に真空容器にかかる電磁力を推定するにはプラズマ電流の減衰時間を正確に定めることが重要で、L/Rモデルによるとそれは電子温度の3/2乗に比例する。ディスラプション発生時には莫大な熱負荷がかかるためラングミュアプローブを挿入して電子温度を定めることは困難である。そこでわれわれは電子温度に敏感な中性ヘリウムの発光線を高時間分解で測定する方法を提案する。分光器では観測光を3分岐しそれぞれバンドパスフィルターを用いて分光し光電子増倍管を用いて計数する。この3本の発光線の強度比を衝突放射モデルによって解析する。この手法を幾つかのプラズマ装置で試し、ラングミュアプローブによる測定値と比較することで妥当性が確認された。ここではJT-60Uのディスラプション発生時の電子温度の時間変化を測定する。
C from methane injection into outer divertor plasma in JT-60U信太 祐二; 正木 圭; 新井 貴; 逆井 章; 宮 直之; 田辺 哲朗*
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00
国際熱核融合実験炉(ITER)では、ダイバータ部に炭素材料が使用される。炭素材料はプラズマとの相互作用により損耗されやすく、損耗された炭素は真空容器内に堆積し再堆積層を形成する。堆積層には水素同位体が保持されやすく、燃料として用いられるトリチウムが多量に蓄積することが予測される。したがって、炉内の安全性や材料寿命の予測といった観点から、炭素不純物の輸送・再堆積機構の解明が必須である。そこでJT-60Uにおいて、損耗で発生する炭素不純物を模擬するCを炭素同位体ガス(CH
ガス)の形で外側ダイバータの一箇所からスクレイプオフ層に導入する実験を行い、トレーサーであるCが輸送によって壁表面に再堆積する分布を調べた。この結果、外側ダイバータ部で発生した炭素がプラズマ流によって下流側に輸送されること、プライベート領域では炭素が上流側から飛来すること、プラズマに当たらない場所にも中性粒子として飛来し堆積が起こること等、炭素輸送に関する新たな知見を得ることができた。また、プライベート領域を輸送され内側ダイバータ部に堆積する可能性が示唆された。
永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 藤澤 彰英*; 伊藤 早苗*; 矢木 雅敏*; 星野 克道; 篠原 孝司; 井戸 毅*; 三浦 幸俊; 江尻 晶*; et al.
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00
トカマクプラズマ中の流れである帯状流の測定を利用し、最外殻磁気面位置を測定する方法と、乱流密度揺動の測定により帯状流の性質を検証する方法についての最新成果について発表する。測地音波と呼ばれる振動帯状流は、閉じた磁気面の内部にのみ存在することを利用し最外殻磁気面の位置を測定でき、磁場平衡解析と比較して一致を得た。また、乱流密度揺動の包絡線が測地音波周波数で変調されていることを利用し乱流密度揺動のデータから帯状流の性質についてドリフト波-帯状流理論との比較を行い初期的整合性が得られた。
Koubiti, M.*; 仲野 友英; Capes, H.*; Marandet, Y.*; Mouret, L.*; Rosato, J.*; Stamm, R.*
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00
JT-60Uの非接触ダイバータプラズマで高波長分解能分光器によって観測されたC IV(n=6-7)のスペクトル形状は裾野がなだらかに広く拡がり、ドップラー拡がりに対応するガウス型関数ではよく再現されなかった。拡がりの形状,高い電子密度、及び高励起状態からの発光線であることから、この拡がりの要因は上記のドップラー効果に加えてシュタルク効果であると考えられる。このスペクトル線の形状を解析するために、シュタルク効果を取り入れたコードを開発した。このコードに必要な基礎的な原子構造データはCOWANコードにより計算された。この解析により、ドップラー拡がりから温度が、シュタルク拡がりから密度が同時に定められる。
朝倉 伸幸; 川島 寿人; 清水 勝宏; 櫻井 真治; 藤田 隆明; 竹永 秀信; 仲野 友英; 久保 博孝; 東島 智; 林 孝夫; et al.
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00
JT-60SAでは最大41MWの入射パワーで100秒間の運転を予定して設計を進めている。一方、炭素繊維材を使用した強制冷却ダイバータ板への最大熱流負荷は15MW/m
であり、現在のトカマク装置を超えた大きな熱流を低減するダイバータ設計が必要となった。さらに、重水素運転を行うため、すべてのダイバータ要素をカセットに納められるよう小型化する必要がある。本発表では、おもに、ITER相似の主プラズマ配位で実験を行うため設計された下側ダイバータの物理設計についてシミュレーション結果を中心に述べる。一般に外側ダイバータへの熱流束が大きいため、ダイバータ板の角度を垂直にするとともにドーム部の排気溝の位置を高くした「V型形状」にすることにより、ストライク点付近の中性ガス圧が増加し非接触プラズマが生成しやすい設計とした。ガスパフを行うことによりダイバータ板への最大熱負荷は8MW/m程度まで低減できる。さらに、ガスパフを増加し放射損失が増加した場合、V型形状ダイバータでは、ストライク点を高くすることにより非接触ダイバータを接触ダイバータへ戻す制御が可能であることを示した。
武井 奈帆子; 牛込 雅裕*; 鈴木 隆博; 中村 幸治; 高瀬 雄一*
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
国際熱核融合実験炉ITERの定常運転モードとして有望な負磁気シアプラズマではMHD不安定性が起き易く、小規模なMHD変動と自律的な回復を繰り返すマイナー・ディスラプション現象がしばしば観測されている。JT-60Uの負磁気シアプラズマでは、外部駆動電流が消失した後、メジャー・ディスラプションには至らなかったものの小規模なMHD変動と自律的な回復を繰り返す未解明な現象が観測されている。このようなプラズマ内部で強い分布構造を持つ非誘導的な自発電流と外部駆動電流挙動を明らかにすることは、特に、ディスラプションを回避しながらプラズマ電流を立ち下げる際の制御手法を検討するうえで重要となってくる。本研究では、プラズマの輸送改善モデルや外部導体との電磁相互作用を組み込んだMHDシミュレーションによって、外部駆動電流が消失した後の非誘導電流駆動プラズマ挙動を考察する。
吉田 麻衣子; 小出 芳彦; 竹永 秀信; 浦野 創; 大山 直幸; 神谷 健作; 坂本 宜照; 鎌田 裕; JT-60チーム
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
トロイダル回転速度分布は圧力分布や電流分布とともに、輸送特性及びMHD安定性を決定する重要なパラメータであり、プラズマ回転の駆動機構と制御性の解明はプラズマの高性能化にとり重要な研究課題である。本研究の目的は、JT-60Uにおいてフェライト鋼設置により低減したトロイダル磁場リップルのトロイダル回転速度への影響を明らかにすることである。フェライト鋼設置によるトロイダル磁場リップルの減少で、NB入射時のプラズマ周辺部での逆方向回転は緩和し、順方向への回転制御が可能になった。また、逆方向回転の駆動源となっている高速イオンの損失は、計測結果から周辺部で起きていることが示唆するデータが得られており、このことは粒子軌道追跡モンテカルロ・シミュレーションの結果と一致した。以上のことは、リップルによる高速イオン損失が、径電場形成を介してプラズマ回転の一つの駆動機構となっていることを示している。また、摂動運動量輸送解から求めた輸送係数(拡散項)と対流項を導出し、リップル損失の少ない領域では、運動量の輸送でトロイダル回転分布を説明できることを見いだした。
松永 剛; 武智 学; 栗田 源一; 坂本 宜照; 小出 芳彦; 諌山 明彦; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 相羽 信行; 小関 隆久; et al.
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
抵抗性壁モード(RWM)は自由境界
限界値を超えた領域で発生し到達値を制限するため、このモードの安定化は高定常維持に向けて重要なテーマである。このモードの安定化にはプラズマと壁との距離又はプラズマ回転が重要であることが予想されている。JT-60Uにおいて導体壁の安定化効果を調べるために電流駆動RWMに対する壁距離スキャンを行い、壁をプラズマに近づけるとRWMの成長率が小さくなることを確認した。またプラズマ回転による安定化効果を調べるために、値を一定に制御しプラズマ回転のみを接線入射NBの組合せで変化させた実験を行い、q=2の有理面の回転が減速するとn=1のRWMが発生しプラズマ崩壊に到ることを観測した。これらの実験結果は、壁距離又はプラズマ回転がRWMの安定化に有効であることを示唆している。本会議ではこれらの実験の詳細な結果について発表する。
浦野 創; 滝塚 知典; 鎌田 裕; 大山 直幸; 竹永 秀信; JT-60チーム
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
軽・重水素放電のHモード実験を実施することによって、ペデスタル幅の無次元パラメータ依存性を調べた。従来、このペデスタル幅の無次元パラメータ依存性は装置ごとに異なる結果が示されてきた。この相違が生じる原因の1つは、プラズマ境界近傍での規格化ポロイダルラーマ半径とポロイダルベータ値の強い正相関にあると思われる。そこで、本研究では規格化ポロイダルラーマ半径の質量依存性に着目し、軽水素及び重水素での実験を比較することによって、両無次元パラメータの分離を行った。もしペデスタル幅が規格化ポロイダルラーマ半径に依存する量であれば、軽・重水素の両放電において同一の周辺圧力勾配を維持しつつ、ペデスタル幅を一致させることは不可能であるが、実験結果は軽水素放電において重水素放電時の約2倍の加熱パワーでほぼ同一の周辺プラズマ分布を得、単純にペデスタル幅が規格化ポロイダルラーマ半径で評価できないことを示した。
大山 直幸; 浦野 創; 吉田 麻衣子; 竹永 秀信; 篠原 孝司; 櫻井 真治; 正木 圭; 神谷 健作; 諌山 明彦; 鈴木 隆博; et al.
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
トロイダル磁場リップル低減のため、JT-60Uではフェライト鋼を真空容器内に設置した。その結果、加熱用中性粒子ビームの損失低減やトロイダル回転分布の変化が観測されるとともに、改善閉じ込めモードの性能を大幅に向上することに成功した。リップル低減効果の大きい体積の大きな配位では周辺部輸送障壁の圧力が10
15%上昇し、閉じ込め改善度も1015%上昇した。周辺部輸送障壁の幅と勾配をフェライト鋼設置前後で比較して見ると、幅が広くなるとともに勾配も大きくなっており、輸送とMHD安定性の両方が改善していることを示唆している。また、中性粒子ビームの損失低減による実効的な加熱パワーの増加とトロイダル回転の変化に伴う閉じ込め性能改善の結果、高い規格化ベータ値(
)と高いthermal成分の閉じ込め性能(
)の維持時間を伸張することができた。が1程度でが2.3以上の放電を
において23.1秒間(電流拡散時間の12倍程度)維持した。このとき達成した
は2.2以上であり、ITERの標準運転シナリオでの値である1.8を上回っている。
河野 康則; 近藤 貴; 波多江 仰紀
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
トカマクプラズマのディスラプション時に発生する高エネルギーの逃走電子は、その衝突によりトカマク構成機器に損傷を与える恐れがあることから、逃走電子の制御を的確に行うことが重要な課題となっている。そのためには、逃走電子の挙動の理解を深めることが必要であり、この目的で、われわれは、レーザ逆コンプトン散乱に基づく能動的な逃走電子計測法に関する研究を進めている。この計測法により、特に逃走電子のエネルギー分布に関する詳細な情報を得られるものと考えている。本講演では、エネルギー分布が異なる逃走電子を対象にした場合の、レーザ逆コンプトン散乱光子のスペクトルの変化について議論を行う。また、逃走電子と密接に関連する光放射(制動放射,シンクロトロン放射、及び逆コンプトン散乱)について議論を行う。これらの光放射は、レーザ逆コンプトン散乱計測における背景光となる一方、逃走電子の情報を含み有用であることから、そのスペクトル,強度,計測における課題に関して検討を行う。
竹永 秀信; 大山 直幸; 浦野 創; 神谷 健作; 三代 康彦; 西山 友和; 笹島 唯之; 正木 圭; 平塚 一; 市毛 尚志; et al.
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
核融合炉では、高密度にて高閉じ込め状態を実現することが必要であり、そのためには高効率・高信頼性の粒子供給システムの確立が重要である。本発表では、ペレット入射及びガスパフによる粒子供給時のプラズマ閉じ込めとペデスタル特性、及び新粒子供給装置(改良ペレット入射装置,ガスジェット装置)の開発について報告する。高磁場側ペレット入射では、ペレットの侵入長は、
=0.1-0.3と評価された。この侵入距離は、中性ガス遮蔽モデルによるペレット溶発の計算結果より長く、ペレット溶発雲のドリフトを考慮したSMARTモデルの計算と一致した。高
モードプラズマに高磁場側からペレットを入射した結果、
0.7で
2を得た。一方、ガスパフを使用した場合は、
0.6で
は1.6以下に低下した。ペデスタル圧力もペレット入射時の方が高い。ガスパフの有無に対しては、ペレット入射によるコールドパルスの伝搬にも違いが見られた。ガスパフ無しの場合は、内部輸送障壁で温度低下量の増加が観測されたが、その内側にはコールドパルスが伝搬しなかった。ガスパフ有りの場合は、中心部までコールドパルスの伝搬が観測され、温度分布の硬直性が強い。さらに、ペレット入射装置の長時間化,カダラッシュ研究所との研究協力にて設置したガスジェット装置の開発について報告する。
永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 星野 克道; 永岡 賢一*; 江尻 晶*; 高瀬 雄一*; 矢木 雅敏*; 篠原 孝司; et al.
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
JFT-2MトカマクとCHS装置でのプラズマ乱流の非線形過程についての解析結果を報告する。いずれの装置でも、揺動測定は、静電プローブで行い、測定データをバイスペクトル解析で調べた。JFT-2Mのジュールプラズマのポテンシャルのデータ解析から得られた、測地的音波モードと乱流揺動の三波相互作用によるバイコヒーレンスとバイフェイズは、帯状流とドリフト波の相互作用の理論モデルから得られる値と一致することがわかり、観測された揺動の解析から明らかになった非線形相互作用は、この帯状流とドリフト波の相互作用によるものと推定される。また、CHSプラズマのHモード中の揺動解析から、特徴的に見られるMHD磁場揺動と密度乱流揺動に顕著な非線形相互作用を観測した。この密度揺動とポテンシャル揺動の相互バイスペクトラムから、揺動粒子束とMHD揺動は関連を持つことを明らかにした。以上のように両装置の揺動データ解析により、周辺プラズマの非線形過程の解明を進めた。
井戸村 泰宏; 井田 真人; 徳田 伸二; Villard, L.*
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00
ジャイロ運動論的シミュレーションはトカマクプラズマにおける乱流異常輸送を研究するうえで必要不可欠なツールとなっており、乱流輸送の評価及び予測に向けて、開放系の駆動乱流の長時間・大域的シミュレーションが必要とされている。しかしながら、従来のジャイロ運動論的シミュレーションにおける脆弱な保存特性はそういった長時間シミュレーションにおいて問題になっていた。この問題点を克服するために、もともとは中性流体乱流の保存系シミュレーションのために開発された森西スキームを用いて新しい保存系ジャイロ運動論的シミュレーションを開発する。このコードでは、厳密な粒子数保存に加えて、エネルギー保存も劇的に改善され、また、スキームは長時間シミュレーションにおいてロバーストである。スラブ配位イオン温度勾配駆動論流のシミュレーションにおいて新しいコードと従来の粒子コードの比較を示す。
菊池 満; 鈴木 隆博; 坂本 宜照; 藤田 隆明; 内藤 磨; JT-60チーム
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00
トカマクの磁場方向輸送は新古典理論の予測に従っているという結果が1995年頃までに確立された(菊池,安積、PPCFレビュー)が、実験的には、巨視的なパラメータ比較によっていた。その後のプラズマ計測技術の発展により、局所的な電流分布が計測可能となり、電気伝導度や自発電流の局所値を実測できるようになった。本論文では、JT-60で開発した電流分布比較解析手法とそれを用いた電気伝導度,自発電流の比較評価について報告する。
大脇 浩和; 杉原 正芳; 河野 康則; Lukash, V. V.*; Khayrutdinov, R. R.*; Zhogolev, V.*; 小関 隆久; 畑山 明聖*
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00
ディスラプション時のトカマク装置への電磁力負荷を評価するうえで最も重要な、プラズマ電流の減衰過程を評価する数値モデルを構築した。このモデルでは、粒子の輸送とリサイクルを考慮した密度の微分方程式によって密度を評価し、ジュール加熱パワーと不純物の混入による放射パワーとのバランス
によって電子温度とプラズマ抵抗を決定する。加えてプラズマ平衡・輸送・回路方程式を解くコードDINAを用いることで、プラズマ電流減衰の時間発展を矛盾無く求める。不純物混入量,粒子の閉じ込め時間,リサイクリング率は、おおよそ実験で想定される値をパラメータとして与えることで、JT-60Uのプラズマ電流波形を模擬できた。また、この3つの物理量がプラズマ電流の減衰過程に与える影響を調べた。
木島 滋; Peterson, B. J.*; 芦川 直子*; 三浦 幸俊; JT-60チーム
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00
イメージング・ボロメータは広い視野が取れるなど核燃焼トカマク実験装置の放射損失計測法として有望である。2003-2004年に接線方向にも視野を持つ赤外イメージング・ボロメータをJT-60トカマクに設置した。2.5ミクロンの受光薄膜の耐久性はこれまで2年間の運転で確かめられた。測定装置としてはまだ未完成であるが、これまでの予備試験で幾つかの興味ある観測結果が得られた。ディスラプション時には受光膜に明瞭な温度上昇が観測され、温度分布は既存の抵抗型ボロメータの測定結果と矛盾しない。さらに、トーラスに沿って弧状に分布するダイバータ部の放射損失を初めてとらえることにも成功した。得られた温度上昇のアナログ画像データをディジタル処理し、既存のボロメータの結果との比較検討を開始した。放射損失のトロイダル分布など新しい知見も得られると期待している。
濱松 清隆; 滝塚 知典; 林 伸彦; 小関 隆久
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00
ITER等の核燃焼プラズマでは、新古典テァリング・モード(NTM)の安定化が重要課題の一つとされ、電子サイクロトロン(EC)波による電流駆動(ECCD)の有効牲が注目されている。この安定化には、NTMによる磁気島内部での電流駆動が有効であるが、ECCDの数値解析は光線追跡法によってEC波の伝播・吸収を評価し、フォッカー・プランク(FP)方程式によって電子の速度分布関数の歪みを解析し駆動電流を評価する方法が一般的である。このFP方程式による解析では、磁場は軸対称であり磁気面が入れ子状であると仮定している。しかし、NTMによる磁気島が存在する場合には、上の仮定条件が破れ、通常の方法によるECCD解析の妥当性が疑問となる。このため、クーロン衝突並びにEC波の吸収過程をモンテカルロ法で模擬し、電子軌道を追跡する数値シミュレーションを行った。その結果、磁気島の無い場合の電流駆動効率と比較して磁気島内部での電流駆動効率は1桁以上大きいことを見いだした。
