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論文

Synergy of turbulent and neoclassical transport through poloidal convective cells

朝比 祐一*; Grandgirard, V.*; Sarazin, Y.*; Donnel, P.*; Garbet, X.*; 井戸村 泰宏; Dif-Pradalier, G.*; Latu, G.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 61(6), p.065015_1 - 065015_15, 2019/05

 パーセンタイル:100

Full-fジャイロ運動論コードGYSELAを用いて輸送過程へのポロイダル対流セルの影響を調べた。この目的のために、対流セルのフィルタを適用し、フィルタ有無のシミュレーション結果を比較した。フィルタを適用することで磁気ドリフトに駆動されるエネルギー束が半減することがわかった。対流セルの周波数スペクトは乱流レイノルズ応力テンソルの周波数と対応し、対流セルが乱流によって駆動されることを示した。この対流セルの効果は乱流と新古典のダイナミクスの相互作用と考えられる。

論文

Ion acceleration via "nonlinear vacuum heating" by the laser pulse obliquely incident on a thin foil target

余語 覚文*; Bulanov, S. V.; 森 道昭; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 金崎 真聡*; 榊 泰直; 福田 祐仁; Bolton, P.; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 58(2), p.025003_1 - 025003_7, 2016/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.65(Physics, Fluids & Plasmas)

The dependence of the energy of ions accelerated during the interaction of the laser pulse obliquely incident on the thin foil target on the laser polarization is studied experimentally and theoretically. We found that the ion energy being maximal for the p-polarization drastically decreases when the pulse becomes s-polarized. The experimentally found dependencies of the ion energy are explained by invoking anomalous electron heating, which results in high electrostatic potential formation at the target surface.

論文

Integrated tokamak modelling with the fast-ion Fokker-Planck solver adapted for transient analyses

藤間 光徳; 濱松 清隆; 林 伸彦; 本多 充; 井手 俊介

Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(9), p.095007_1 - 095007_9, 2015/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.1(Physics, Fluids & Plasmas)

全放電時間を模擬するトカマク統合モデリングは先進トカマクプラズマ設計において必要不可欠である。我々は統合コードTOPICSの高速イオン解析部分を過渡解析により適したモデルに拡張した。高速イオンとバルクプラズマおよび平衡磁場が互いに整合性を持つ時間発展を実現するために、高速イオンのフォッカープランクソルバをTOPICSのバルク輸送ソルバと同レベルで統合化した。拡張した統合コードによるJT-60SAおよびITERのプラズマ立ち上げシミュレーションにより、過渡解析の可能性および有効性を確認した。その統合シミュレーションにおいて、高速イオン、プラズマ分布、平衡磁場の統合的発展を示した。

論文

On the spatial structure of solitary radial electric field at the plasma edge in toroidal confinement devices

伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 神谷 健作; 糟谷 直宏*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(7), p.075008_1 - 075008_7, 2015/07

 被引用回数:14 パーセンタイル:17.25(Physics, Fluids & Plasmas)

分岐理論モデルに基づく孤立径電場構造に関して、トカマク及びヘリカル系プラズマの両者のプラズマ及び幾何学パラメータ依存性を理論的に調べた。その結果、理論的に予想される径電場のオーダーはトカマクのHモードプラズマにおける実験値と良い一致が得られた。一方ヘリカルでは、リップル損失輸送によって径電場のピーク値は低減する一方、その幅は大きく影響を受けないことが分かった。本論文では、Hモードペデスタル部の到達可能な圧力勾配限界値についても論じている。

論文

Simulation of plasma current ramp-up with reduced magnetic flux consumption in JT-60SA

若月 琢馬; 鈴木 隆博; 林 伸彦; 白石 淳也; 井手 俊介; 高瀬 雄一*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(6), p.065005_1 - 065005_12, 2015/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:48.28(Physics, Fluids & Plasmas)

Current ramp-up with reduced central solenoid (CS) flux consumption in JT-60SA has been investigated using an integrated modeling code suite (TOPICS) with a turbulent model (CDBM). The plasma current can be ramped-up from 0.6 MA to 2.1 MA with no additional CS flux consumption if the plasma current is overdriven by neutral-beam-driven and bootstrap current. The time duration required for the current ramp-up without CS flux consumption becomes as long as 150s. In order to achieve the current overdrive condition from 0.6 MA, the current drive by a lower energy neutral beam (85 keV) is effective. A higher energy neutral beam (500 keV) cannot be utilized in this early phase due to large shine through loss, while it can be effectively utilized in the later phase. Therefore, the main current driver should be switched from the lower energy neutral beam to the higher energy neutral beam during the current ramp-up phase. As a result of an intensive auxiliary heating needed to overdrive the plasma current, plasma beta becomes high. Ideal MHD stabilities of such high beta plasmas have been investigated using a linear ideal MHD stability analysis code (MARG2D). External kink modes can be stabilized in most of the time during the current ramp-up if there is a perfectly conducting wall at the location of the stabilizing plate and the vacuum vessel of JT-60SA and the plasma has a broader pressure profile.

論文

Progress at JET in integrating ITER-relevant core and edge plasmas within the constraints of an ITER-like wall

Giroud, C.*; Jachmich, S.*; Jacquet, P.*; J$"a$rvinen, A.*; Lerche, E.*; Rimini, F.*; Aho-Mantila, L.*; 相羽 信行; Balboa, I.*; Belo, P.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(3), p.035004_1 - 035004_20, 2015/03

 被引用回数:37 パーセンタイル:1.74(Physics, Fluids & Plasmas)

ITER-like wall導入後のJET装置における、ITER標準シナリオに相当するプラズマを実現するための研究の進展について報告する。2.5MAの高三角度ELMy H-modeプラズマに対して重水素ガスおよび窒素ガスを供給する実験を、2つの異なるダイバータ条件下で行った。その結果、窒素ガスの供給によりダイバータへの熱負荷が低減されたことを報告する。また、三角度の向上によるペデスタル領域のエネルギー閉じ込め性能およびペデスタル圧力の向上について調べた。その結果、窒素ガスの供給の有無にかかわらず、高三角度によってペデスタルのELM安定性が改善され、それにより閉じ込め性能およびペデスタル圧力が向上することを示した。

論文

An Approximate single fluid 3-dimensional magnetohydrodynamic equilibrium model with toroidal flow

Cooper, W. A.*; Hirshman, S. P.*; Chapman, I. T.*; Brunetti, D.*; Faustin, J. M.*; Graves, J. P.*; Pfefferl$'e$, D.*; Raghunathan, M.*; Sauter, O.*; Tran, T. M.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 56(9), p.094004_1 - 094004_8, 2014/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:67.31(Physics, Fluids & Plasmas)

入れ子の磁気面を持つ一流体三次元MHD平衡にトロイダル回転を適切に考慮するモデルを開発した。このモデルは軸対称系における回転を考慮したMHD平衡を厳密に再現できる。このモデルは三次元的な変化の大きい領域でプラズマ回転のシアが無視できる場合に適用可能である。MAST装置におけるヘリカルコアを持つ平衡において、回転の影響は磁場構造に対しては小さいが圧力分布は大きく変化させることを示した。この圧力の変化は磁気軸付近の圧力の減少であり、回転によってさらなる3次元的な変化を引き起こすものではなかった。

論文

The Effect of the electron temperature and current density profiles on the plasma current decay in JT-60U disruptions

柴田 欣秀; 諫山 明彦; 宮本 斉児*; 河上 翔*; 渡邊 清政*; 松永 剛; 河野 康則; Lukash, V.*; Khayrutdinov, R.*; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 56(4), p.045008_1 - 045008_8, 2014/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:83(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uのディスラプションにおいて、電流クエンチ初期のプラズマ電流の減衰をディスラプションシミュレーションコード(DINA)と計測された電子温度分布を用いて計算した。電流減衰時間が短い放電では、熱クエンチ直後の電子温度分布は既にピークしており、電流クエンチ中にあまり変化しなかった。一方、電流減衰時間が長い放電では、熱クエンチ直後の電子温度分布は電流減衰時間が短い放電に比べて広がりを持っており、電流クエンチ中に電子温度分布の収縮が観測された。そのような放電では、プラズマ外部インダクタンスはほとんど変化しないが、プラズマ内部インダクタンスの増加がDINAコードの計算でも観測された。一連の計算により、プラズマ内部インダクタンスの増加は、周辺領域の電子温度が減少し、プラズマ中心に電流が拡散することにより発生していることが分かった。また、本研究ではDINAコードを用いることにより、プラズマ周辺部の電子温度の加熱を用いることによりプラズマ電流の減衰時間を長くする方法を提案した。

論文

On the Gyrokinetic model in long wavelength regime

宮戸 直亮; Scott, B. D.*; 矢木 雅敏

Plasma Physics and Controlled Fusion, 55(7), p.074011_1 - 074011_6, 2013/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:66.51(Physics, Fluids & Plasmas)

The standard gyrokinetic model is formulated for perturbations with short wavelength and small amplitude. In the long wavelength regime, the polarisation density term with electrostatic potential $$varphi$$ in the gyrokinetic quasi-neutrality equation goes to higher order than usual. Therefore, we should consider the other higher order terms to obtain $$varphi$$ from the equation. This issue is investigated from the point of view of the push-forward representation of particle density. The polarisation density term stems from the ${it gyro-centre}$ displacement vector. There is another piece associated with the ${it guiding-centre}$ transformation which is not considered in the standard model. The gyrokinetic Hamiltonian is modified by taking into account this piece. The quasi-neutrality equation is derived rigorously from the modified Hamiltonian through a variational method and we find several additional terms resulting from non-uniformity of magnetic field.

論文

Impact of plasma rotation on the linear physics of resistive wall modes in tokamaks

相羽 信行; 白石 淳也; 廣田 真

Plasma Physics and Controlled Fusion, 55(7), p.074002_1 - 074002_7, 2013/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:66.51(Physics, Fluids & Plasmas)

トロイダル方向の回転だけでなくポロイダル方向の回転も考慮することでドップラーシフトの効果が変化し、これまで理論・数値的に解釈が困難であったエッジローカライズモードの性質がトロイダル回転の向きに依存するという実験観測結果を定性的に再現できることを明らかにした。また、プラズマ回転の影響を考慮することで、負磁気シアプラズマにおいては回転の影響で一度安定化された抵抗性壁モード(RWM)が再不安定化されうることを数値的に明らかにした。なお、このような再不安定化は正磁気シアプラズマでは見られなかった。この再不安定化の原因が安定化されたRWMと安定な理想MHDモードの結合による可能性が高いことを示すとともに、回転していないプラズマでは決して不安定化することのない、壁なしベータ限界よりも低いベータ値のプラズマにおいてもこの再不安定化されたRWMは不安定化しうることを明らかにした。

論文

Highly accurate approximate solutions of the stokes equation for high electron density and long laser-wavelength

今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀

Plasma Physics and Controlled Fusion, 54(5), p.055005_1 - 055005_7, 2012/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:58.62(Physics, Fluids & Plasmas)

We have transformed the Stokes equation to new equations written in the polarization ellipse parameters: orientation angle, $$psi$$, ellipticity angle, $$chi$$, auxiliary angle, and phase shift angle. The new equations enable us to easily and comprehensively understand change of the polarization ellipse in the plasma. We have obtained new approximate solutions of the transformed Stokes equation in order to connect the measured values of $$psi$$ and $$chi$$ to the plasma parameters (the electron density and the magnetic field). We have compared our solutions and the approximate solutions proposed by other groups. Our solutions are the most accurate in the condition of magnetic confinement fusion plasmas and need the fewest assumptions. The approximation errors of our solutions are less than 2% of the domain of each polarization parameter ($$0lepsi<pi$$ and $$-pi/4<chi<pi/4$$) in up to the high electron density ($$sim$$7$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$) and the long laser-wavelength ($$sim$$170 $$mu$$m).

論文

Extreme field science

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; 神門 正城; 桐山 博光; Koga, J. K.; 近藤 公伯; 小瀧 秀行; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. S.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(12), p.124025_1 - 124025_13, 2011/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.87(Physics, Fluids & Plasmas)

We discuss the progress in the development of the extreme light sources that will open new horizons for studying a wide range of the fundamental science and astrophysics problems. The regimes of dominant radiation reaction, which completely change the electromagnetic wave-matter interaction, will be revealed, resulting in a new extremely powerful source of ultra short high brightness $$gamma$$-ray pulses. The possibility of abundant electron-positron pair creation via the multi-photon processes, and possibility of reaching the critical field of quantum electrodynamics which would lead to the vacuum polarization and breakdown, are attracting high attention.

論文

Integrated modelling of a JET type-I ELMy H-mode pulse and predictions for ITER-like wall scenarios

Wiesen, S.*; Brezinsek, S.*; J$"a$rvinen, A.*; Eich, T.*; Fundamenski, W.*; Huber, A.*; Parail, V.*; Corrigan, G.*; 林 伸彦; JET-EFDA Contributors*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(12), p.124039_1 - 124039_12, 2011/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:27(Physics, Fluids & Plasmas)

A type-I ELMy H-mode discharge in JET has been analysed numerically using JINTRAC integrated code in order to obtain a self-consistent description of edge and core plasma. The time-dependent model consists of a self-consistent coupling of 1D core code JETTO/SANCO and 2D multi-fluid scrape-off-layer (SOL) code EDGE2D-EIRENE. The inter- and intra-ELM transport model has been adapted to match the experimental pre- and post ELM plasma profiles measured in JET and at the same time the observed ELM dynamics in terms of ELM frequency, ELM energy loss, ELM wetted area and heat flows towards target plates. It is found that the scaling for the free streaming approximations of ELM filamentary parallel SOL transport for the maximum heat flux, energy density and heat flux factor can be reproduced with the JINTRAC model. Results for the JET all-carbon reference case are then utilised to predict a type-I ELMy H-mode for ITER-like wall (ILW) assuming a full-tungsten divertor and beryllium main-chamber wall in the model. It is found that a moderate amount of seeded neon impurity (or other impurity species) is necessary to match a similar level of radiation when carbon is absent in the system. Finally, results of the ILW setup are used to estimate the total amount of tungsten particles eroded per ELM from the target plates and a rough estimate of the core radiative fraction due to W accumulation is given.

論文

Innovation on high-power long-pulse gyrotrons

Litak, A.*; 坂本 慶司; Thumm, M.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(12), p.124002_1 - 124002_14, 2011/12

 被引用回数:17 パーセンタイル:28.8(Physics, Fluids & Plasmas)

Progress in the worldwide development of high-power gyrotrons for magnetic confinement fusion plasma applications is described. After technology breakthroughs in research on gyrotron components in the 1990s, significant progress has been achieved in the last decade, in particular, in the field of long-pulse and continuous wave (CW) gyrotrons for a wide range of frequencies. At present, the development of 1MW-class CW gyrotrons has been very successful, these are applicable for self-ignition experiments on fusion plasmas and their confinement in the tokamak ITER. For this progress in the field of high-power long-pulse gyrotrons, innovations such as the realization of high-efficiency stable oscillation in very high order cavity modes, the use of single-stage depressed collectors for energy recovery, highly efficient internal quasi-optical mode converters and synthetic diamond windows have essentially contributed. The total tube efficiencies are around 50% and the purity of the fundamental Gaussian output mode is 97% and higher.

論文

Extreme field science

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; 神門 正城; 桐山 博光; Koga, J. K.; 近藤 公伯; 小瀧 秀行; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. S.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(12), p.124025_1 - 124025_13, 2011/11

The review is devoted to discussing progress in the development of the extreme light sources that opens new horizons for studying of a wide range of the fundamental science problems and important applications.

論文

Linear response model of the vertical electromagnetic force on a vessel applicable to ITER and future tokamaks

宮本 斉児

Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(8), p.082001_1 - 082001_7, 2011/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.23(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクや球形トカマク等の軸対象な磁場閉じ込め核融合装置の真空容器には、垂直移動現象(VDE)とそれによって引き起こされるディスラプションにより、大きな電磁力が及ぼされる。この力が、真空容器支持構造や容器内機器の強度の決定にとって重要な因子になっており、ITER等の将来の装置に置ける電磁力を予測する取り組みに努力が払われている。VDEやディスラプション時の電流崩壊によって真空容器に誘導される渦電流やハロー電流のため、電磁力の解析は複雑となり、通常計算機シミュレーションが必要となる。これまで、DINAコードを用いた計算により、ITERの垂直電磁力データベースが作成されているが、シミュレーションデータを系統的に説明できる理論は存在していない。本論文では、真空容器に働く垂直電磁力の計算を、線形応答の問題として再定式化した。最初に、真空容器のハロー電流と渦電流の煩雑な計算が、垂直電磁力のソース項であるポロイダル磁場(PF)コイルがプラズマに及ぼす力の計算に還元されることを示す。計算は、真空容器に流れる電流を全く考慮することなく行うことが可能である。次に、垂直電磁力は真空容器の電磁遮蔽による線形応答の結果として現れることを示す。このモデルにより、垂直電磁力を解析的に計算することが可能となった。応用例として、垂直電磁力の電流消滅時間依存性の解析的な導出を行った。得られた解析式により、DINAによる数値計算結果がよく再現できることを示した。

論文

Synthesized intensity of emission lines of hydrogen isotopes and impurities in the ITER divertor plasma

岩前 敦; 杉江 達夫; 小川 宏明; 草間 義紀

Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(4), p.045005_1 - 045005_17, 2011/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.63(Physics, Fluids & Plasmas)

Intensity of emission lines in the ITER divertor plasma is synthesized using a model of the edge and scrape-off layer plasmas. The intensity of hydrogen isotopes and impurities observed with the divertor optical system of the Impurity Influx Monitor (Divertor) is estimated. In both the inner and outer divertor plasmas, ionizing and recombining plasma components are observed for C$$_{I-III}$$ and recombining plasma component is dominant for C$$_{IV-V}$$. Line-of-sight integrated spectra are synthesized in the wavelength range of 200 nm to 1000 nm using photon emission coefficients. In order to evaluate the carbon impurity influx, $$Gamma_{rm c}$$, identifying the plasma component, i.e. ionizing or recombining plasma component, is important.

論文

Manipulation and electron-oscillation-measurement of laser accelerated electron beams

小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 森 道昭; 神門 正城; 本間 隆之; Koga, J. K.; 大道 博行; Bulanov, S. V.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(1), p.014009_1 - 014009_7, 2011/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.97(Physics, Fluids & Plasmas)

In order to use a laser accelerated electron beam to applications, it is necessary to generate a stable electron beam and to control the electron beam. A 40 fs laser pulse with the energy of 200 mJ is focused onto a supersonic gas jet. We succeed to generate a stable electron beam by using Nitrogen gas as a target. The profile of the electron beam can be controlled by changing the laser polarization. When we use a S polarized laser pulse, a 20 MeV electron beam is observed with a oscillation in the image of the energy spectrum. The direction of the electron beam can be controlled by changing the gas jet position. The self-injected electron beam can be controlled by the control of the laser and the gas jet.

論文

FIREX project and effects of self-generated electric and magnetic fields on electron-driven fast ignition

三間 圀興*; 砂原 淳*; 白神 宏之*; 西村 博明*; 疇地 宏*; 中村 龍史; 城崎 知至*; 長友 英夫*; Garcia, C.*; Veralde, P.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 52(12), p.124047_1 - 124047_6, 2010/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:60.24(Physics, Fluids & Plasmas)

高速点火核融合は少ないレーザーエネルギーで核融合反応を実現できると期待されている。大阪大学では10kJ, 10psの点火用レーザー(LFEX)を建設中である。現在までに、全4本のビームのうち1本のビームを完成させ統合実験を進めており、幾つか新しい課題が明らかとなってきた。特に、プリパルスによる膨張プラズマの形成により、点火用レーザーのエネルギーが効果的に電子へ変換されていないことが示唆されている。本論文では、プリプラズマの制御を目的としたターゲットのコーティング、また、ダブルコーン形状の採用による電子運動の制御について提案を行った。

論文

Gyrokinetic simulations of turbulent transport; Size scaling and chaotic behaviour

Villard, L.*; Bottino, A.*; Brunner, S.*; Casati, A.*; Chowdhury, J.*; Dannert, T.*; Ganesh, R.*; Garbet, X.*; G$"o$rler, T.*; Grandgirard, V.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 52(12), p.124038_1 - 124038_18, 2010/11

 被引用回数:14 パーセンタイル:40.39(Physics, Fluids & Plasmas)

This paper presents some of the main recent advances in gyrokinetic theory and computing of turbulence. A past controversy regarding the finite size (finite $$rho^*$$) effect in ITG turbulence has now been resolved. Now, both Eulerian and Lagrangian global codes are shown to agree and to converge to the flux-tube result in the $$rho^*$$ $$rightarrow$$ 0 limit. It is found, however, that an appropriate treatment of geometrical terms is necessary. Turbulent processes are characterized by a chaotic behavior, often accompanied by bursts and avalanches. Performing ensemble averages of statistically independent simulations, starting from different initial conditions, is presented as a way to assess the intrinsic variability of turbulent fluxes and obtain reliable estimates of the standard deviation.

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