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堀池 寛*; 近藤 浩夫*; 中村 博雄; 宮本 斉児*; 山岡 信夫*; 松下 出*; 井田 瑞穂; 荒 邦章; 室賀 健夫*; 松井 秀樹*
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
国際核融合材料照射施設(IFMIF)の液体リチウムターゲットを模擬した高速リチウム流の自由表面の変動を実験的に研究した。大阪大学のリチウムループの水平流れに対して垂直に配置した触針の上下位置を変化させ、各位置における電気的な接触/非接触データを取得して時間平均された流れ厚さ及び時間による変動値(波高)を求めた。流速15m/sでは最大波高は2.2mmであったが、IFMIF仕様である
1mmを超える波の割合は10%以下であった。この他、側壁沿いに発生する航跡の形状を測定したところ、それはLambの理論のものとよく一致した。これをIFMIFリチウムターゲットにあてはめて評価し、航跡の影響が流れ中心部の重陽子照射領域に及ばないことを明らかにした。
土谷 邦彦; 星野 毅; 河村 弘; 三島 良直*; 吉田 直亮*; 寺井 隆幸*; 田中 知*; 宗像 健三*; 加藤 茂*; 内田 宗範*; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
原型炉用増殖ブランケットに必要な「高温・高照射環境に耐えうる先進トリチウム増殖材料及び中性子増倍材料」の開発を全日本規模の産学官連携のもとで実施した。それらの開発に関する最近の成果について報告する。トリチウム増殖材料に関しては、Li
TiO
に酸化物を添加した材料の開発を行い、少量(約1mol%)の酸化物(CaO等)を添加することで、水素を添加したスイープガス中でもTiの還元を抑制することができる材料の開発に成功した。中性子増倍材料に関しては、ベリリウム金属間化合物であるBe
Tiに着目し、各種特性を定量的に評価し、比強度が高いこと、高い耐酸化特性を有していること、1%の水蒸気を含んだアルゴンガス雰囲気中における水素生成速度が1/1000以下になることなどを明らかにした。以上の知見により、原型炉用増殖ブランケットの開発に明るい見通しを得た。
伊尾木 公裕; Chuyanov, V.*; Elio, F.*; Garkusha, D.*; Gribov, Y.*; Lamzin, E.*; 森本 将明; 嶋田 道也; 杉原 正芳; 寺澤 充水; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
ITERの真空容器と容器内構造物について2つの重要な設計改善が行われた。一つはプラズマ放電中に位置調整可能なリミタの導入であり、もう一つはトロイダル磁場リップルをさらに軽減するための、強磁性体挿入物の配置最適化である。新しいリミタ設計では、プラズマがダイバータ配置になると、リミタを約8cm引っ込ませることができる。これにより、デスラプションやELMなどによる熱負荷を軽減し、また、ICRHのカップリングを改善できる可能性がある。強磁性体挿入物については、真空容器水平ポートにおけるNB用と通常のものとの配置の相違による複雑さのため、この周辺で設置していなかった。しかしながら、そのため、1%という比較的大きいリップル,約10mmの磁力線の波打があることが明確となり、強磁性体挿入物を追加することとした。
久保田 直義; 落合 謙太郎; 沓掛 忠三; 林 孝夫; 洲 亘; 近藤 恵太郎; Verzilov, Y.*; 佐藤 聡; 山内 通則; 西 正孝; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 7 Pages, 2007/03
核融合炉におけるプラズマ対向壁表面の粒子挙動は、プラズマ制御や燃料リサイクリングを考えるうえで重要であり、特にDT燃焼炉においてはトリチウムインベントリ評価のうえでも重要となる。本研究では、イオンビーム核反応分析法,イメージングプレート法,燃焼法及び放射化分析法を用いて、DT放電実験で使用したTFTRプラズマ対向壁に保持されている水素同位体,リチウム同位体及び不純物の定量分析結果について報告する。トリチウムと重水素では深さ分布が異なることがわかり、トリチウムの多くは表面に保持されていることがわかった。また、リチウムについてはリチウム-6が多く、これは、リチウムコンディショニングの際、リチウム-6濃縮ペレットも使用されているためであると考えられる。さらに、その他の不純物の分析を行ったが、有意な量は検出されなかった。これらの実機対向壁表面分析によって、プラズマ制御やインベントリー評価にとって重要な元素分布や保持量を明らかにすることができた。特に、トリチウムは対向材深部へ拡散せず、表面付近に保持されており、これはトリチウム除去の点でよい見通しを与えるものである。
谷川 博康; 芝 清之; 廣瀬 貴規; 笠田 竜太*; 若井 栄一; 實川 資朗; 木村 晃彦*; 香山 晃*
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/03
ITER-TBMの具体的設計を基準として、製作及び許認可取得に向けた準備状況についてF82H鋼を対象にレビューを行い、F82H鋼の優位性を示すとともに、他の低放射化フェライト鋼との共通課題の分析を行い、近々に行われるべき共同研究の提案を行った。本論文ではITER建設活動の本格化を見込んで、より具体的なTBM設計に対応した材料問題についてITER運転条件から材料課題の分析を行った。原型炉に向けた課題として、最近の成果から明らかになった析出物安定性,熱処理効果,Ta効果について報告する。
小林 和容; 磯部 兼嗣; 岩井 保則; 林 巧; 洲 亘; 中村 博文; 河村 繕範; 山田 正行; 鈴木 卓美; 三浦 秀徳*; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
トリチウム閉じ込め・除去は、核融合炉の安全性の要となる重要な課題である。本研究では、上記閉じ込め・除去システムの機器及び構造材料におけるトリチウムの挙動に関する基礎実験研究を行い、(1)トリチウムのコンクリート壁中の浸透挙動,(2)異常時の触媒性能における放出の恐れのあるSF
ガスのトリチウム除去設備に対する触媒被毒効果の影響,(3)除去設備の再生水を処理するシステムの主要機器である電解セルの対放射線耐久性を明らかにした。
松川 誠; 日欧サテライトトカマクワーキンググループ; JT-60SA設計チーム
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
ブローダーアプローチ計画の一環として、サテライトトカマク計画(JT-60SA)につき日本とEUが協力して検討を行った。これにより、装置本体を含む、プラズマ加熱・電流駆動及び電源などに大幅な設計変更が加えられた。本論文は、その概要を述べるものである。超伝導トロイダル磁場コイルは、磁場強度(2.7T@R=3m)とプラズマ断面形状のフレキシビリティ(アスペクト比2.6
3.1)を確保しつつ、ニオブアルミ導体から安価なニオブチタン導体に変更した。ITER模擬配位(プラズマ電流3.5MA,グリンワルド密度0.85)で100秒間のフラットトップ期間を維持するため、センターソレノイドは最大磁場10Tの導体に増強した。プラズマ追加熱の増大(41MW-100秒)に伴い1放電あたりの中性子発生量が2
10
個に増加したが、真空容器とクライオスタットの遮蔽設計構造を強化して、トロイダル磁場コイルの核発熱を、インボード側で0.23mW/cc,アウトボード側で0.15mW/ccに抑制した。発表では、ダイバータや電源システムの設計変更についても言及する。
久保 博孝; 仲野 友英; 朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 都筑 和泰; 大山 直幸; 川島 寿人; 清水 勝宏; 浦野 創; 藤本 加代子; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
短時間放電では、第一壁が水素を吸収することにより、排気の役目を担っている(壁排気)。短時間放電ではこの壁排気はプラズマの密度制御に有効であるが、将来の長時間放電では壁の水素蓄積量が飽和に達するため壁排気が効かなくなると考えられている。JT-60では、30秒間のELMy Hモード放電を繰り返し行うと、放電中に壁飽和が観測された。この壁飽和状態における粒子制御及び粒子挙動に関して報告する。JT-60Uでは、壁が飽和し壁排気が有効でない場合、さらにはダイバータ板の温度上昇によりダイバータ板からガス放出がある場合において、ダイバータ排気を用いることにより高密度ELMy Hモードプラズマの密度制御が可能であることを実証した。粒子挙動に関しては、第一壁に水素が蓄積し飽和する過程,ダイバータ板の温度上昇によりガスが放出される過程,プラズマ壁相互作用の変化により壁からの粒子の入射と放出が変化する過程に関して議論する。
諌山 明彦; 大山 直幸; 浦野 創; 鈴木 隆博; 武智 学; 林 伸彦; 長崎 百伸*; 鎌田 裕; 井手 俊介; 小関 隆久; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
新古典テアリングモード(NTM)はベータ値の高い運転領域で発生しプラズマの高性能化を阻害することから、能動的な制御手法を確立することが非常に重要である。JT-60では、プラズマ中心部にco方向の電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を行うことにより
のNTMの成長を能動的に制御できることを世界で初めて明らかにした(
はポロイダルモード数,
はトロイダルモード数)。また、安全係数
が2の場所に局所的にECCDを行うことにより
のNTMを完全に安定化することに成功するとともに、ECCD位置が
の場所からずれたときの安定化効果に関して、(1)ECCD位置のずれが磁気島幅の半分程度(約5cm)以内のときのみ安定化効果が強く現れる、(2)ECCD位置が磁気島幅程度ずれたときには不安定化効果が現れるということを実験的に明らかにした。さらに、NTMを記述する修正Rutherford式を輸送コードTOPICSに組み込みシミュレーションを行った結果、上記実験結果と良い一致を示すことが明らかになった。
相羽 信行; 徳田 伸二; 滝塚 知典; 栗田 源一; 小関 隆久
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
トカマク周辺領域で現れる理想MHDモードは、H-modeプラズマにおいて発生するエッジローカライズモード(ELMs)の原因のひとつであり、周辺部のプラズマ閉じ込め性能に影響を与える。この理想MHDモードはピーリング・バルーニングモードと呼ばれる中間のトロイダルモード数n(5
n30)を持つものであり、その安定性は楕円度,三角度と呼ばれるパラメータで表されるプラズマの形状に依存することが理論的・実験的に示されてきた。本研究では同モードの安定性に影響を与える新たな形状パラメータとして「プラズマ上部における尖り度」を最外殻磁気面の上端における曲率を用いて定義し、このパラメータに対するピーリング・バルーニングモードの安定性の影響を調べた。数値計算の結果、尖り度を大きくすることはトカマク周辺の理想MHD安定性を改善することを明らかにし、同パラメータが閉じ込め性能の良いH-modeプラズマを実現するうえで重要な形状パラメータであることを示した。
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
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
自律系を成す燃焼高
プラズマの理解と制御には、プラズマ回転の分布,駆動機構,運動量輸送の解明が必要である。本研究の目的は、JT-60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。加えて、温度・密度等のプラズマ・パラメータへの運動量輸送の関数関係等を体系的に研究することである。本研究では、入射ビーム粒子のリップル損失による回転の誘起を初めて定量化した。また、さらに、独創による高速イオン損失に伴う負電場形成を駆動源とした運動量の摂動輸送解析手法を利用した実験をLモード及びHモードプラズマにおいてプラズマ電流や運動量入力等を変化させつつ系統的に行った。これにより、運動量輸送行列における対角項と非対角項を分離し、各々の依存性(特に回転分布との相関)を初めて示した。
浦野 創; 大山 直幸; 神谷 健作; 小出 芳彦; 竹永 秀信; 滝塚 知典; 吉田 麻衣子; 鎌田 裕; JT-60チーム
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
JT-60Uでのフェライト鋼装着によるトロイダル磁場リップル低減に伴ってペデスタル圧力及びエネルギー閉じ込め性能が向上した。特に大体積配位におけるNBの順方向入射時には、フェライト鋼によりトロイダル回転分布の逆方向成分が減少し、ペデスタル圧力が増加した。このときELM周波数は減少し、ELMエネルギーロスは増加した。ペデスタル圧力の増加には、ペデスタル幅の増加を伴うことがわかった。順方向のトロイダル回転の増加及びトロイダル磁場リップルの低下に伴ってエネルギー閉じ込め性能が向上することがわかった。
朝倉 伸幸; 大野 哲靖*; 川島 寿人; 三好 秀暁*; 松永 剛; 大山 直幸; 高村 秀一*; 上杉 喜彦*; 武智 学; 仲野 友英; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
熱・粒子がダイバータ板及び第一壁へ輸送される機構を理解するため、JT-60Uの低磁場側赤道面とダイバータさらに高磁場側に設置した3台の可動静電プローブにより、ELMプラズマ及びプラズマ揺動を高速測定(500kHz)した。低磁場側赤道面でのイオン飽和電流の揺動レベルは、高磁場側SOL及びX点と比較して大きいことから低磁場側赤道面での揺動の理解が重要と考えられる。揺動の特性は確率分布関数(PDF)を利用した統計的手法により解析され、イオン飽和電流に正のバーストが特にLモードで多く発生し7-8cm外側まで観測された。さらに、ELMy HモードではELMプラズマの放出による熱・粒子の輸送が問題となるが、SOLでの粒子束の変化を高速測定した。ELMが発生したとき、静電プローブ位置において観測されたピークの(磁場揺動の増加からの)時間遅延を測定し、半径方向のELMプラズマの輸送速度が1.3-2.5km/sであることが明らかとなった。揺動及びELMによる粒子束の輸送について比較を行う。
宮戸 直亮; 岸本 泰明; Li, J. Q.*
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
トカマクプラズマ中の帯状流の振舞いと、それが乱流輸送に及ぼす影響を静電的なイオン温度勾配駆動乱流のグローバル流体シミュレーションによって調べた。高安全係数領域で現れるGeodesic Acoustic Mode(GAM)と呼ばれる、時間的に振動する帯状流はプラズマの小半径方向に同一の周波数を持つという非局所性を示す。正磁気シアトカマクにおいて
(
はイオンのラーモァ半径,
はプラズマの小半径)を変化させたシミュレーションを行い、非局所性を特徴づける長さ
が
に比例することを明らかにするとともに、GAMが支配的な高輸送領域と静的帯状流が支配的な低輸送領域とをつなぐ領域の長さがと関係があることを示した。また、反転磁気シアプラズマにおける帯状流の振る舞いについても明らかにした。
山田 弘司*; 竹永 秀信; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 滝塚 知典; 鎌田 裕; 朝倉 伸幸; 津田 孝; 武智 学; 松永 剛; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
トカマク装置での運転密度限界に関する物理機構を明らかにするために、運転密度限界に対する周辺部磁気シアの効果について調べた。JT-60Uにおいてプラズマ電流ランプダウンにより周辺部磁気シアを強めた場合、トカマクでの密度限界の指標であるグリーンワルド密度の1.5倍の密度(f
=1.5)で、かつ良好な閉じ込め特性(H
=1.5)を維持したプラズマを過渡的に得た。このとき、周辺部磁気シアの指標である内部インダクタンス(
)は2.8に達している。このようなプラズマは通常の電流フラットトップでは実現できていない。 =1.22, f=1.23でディスラプションした場合と、 =1.60, f=1.41でディスラプションしなかった場合を比較した結果、後者は周辺密度が高いものの、周辺温度も高く、またモーショナルシュタルク効果を利用して測定した周辺部磁気シアが強いことがわかった。テアリングモードのMHD安定性解析では、周辺磁気シアの強さによる両者の違いは顕著に見られない。が大きい場合は、閉じ込め特性の改善により周辺温度が高くなることが、高い密度を得ることができた原因であると考えられる。
竹永 秀信; JT-60チーム
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 15 Pages, 2007/03
JT-60Uにおける先進定常トカマク開発に向けた最新成果を概説する。JT-60Uでは、運転領域拡大のため、トロイダルリップル低減を目的にフェライト鋼タイルを真空容器内に設置した。フェライト鋼タイル導入により、高速イオンの損失が低減し、それにより誘起されていたプラズマ電流と逆方向へのプラズマ回転が減少した。大体積Hモードプラズマでは、ペデスタルでの回転が逆方向から正方向へ変化するにつれ、ペデスタル圧力が上昇し、閉じ込め性能も向上した。また、大体積配位でも高ベータ実験が可能となり、それにより壁安定化効果を利用して壁無しのベータ限界を超える高規格化ベータ値4.2を得た。抵抗性壁モードの安定化に必要なプラズマ回転を調べた結果、従来考えられていたより小さいプラズマ回転でも安定化されることを明らかにした。さらに、プラズマ回転を正方向へ変化させることにより、規格化ベータ値2.3を高い閉じ込め性能(H
1)で、電流拡散時間の12倍に相当する23.1秒間維持することに成功した。この維持時間は、壁での粒子吸蔵特性が変化する時間スケールで制限されている。その他、高い自発電流割合(70-100%)を持つ負磁気シアプラズマの開発や実時間電流分布制御,内部輸送障壁等に関する物理研究について報告する。
鎌田 裕; Leonard, A. W.*; Bateman, G.*; Becoulet, M.*; Chang, C. S.*; Eich, T.*; Evans, T. E.*; Groebner, R. J.*; Guzdar, P. N.*; Horton, L. D.*; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
周辺ペデスタル研究の進展とITERへ向けた予測について、最近の世界の研究をレビューする。周辺ペデスタル構造を決めるパラメータリンケージを明らかにするとともに、プラズマ過程と原子分子過程の両方がペデスタル幅を決定すること,周辺圧力勾配がピーリングバルーニング理論で系統的に説明できること,計測機器の進展によってELMの発展が明らかとなり非線形理論で説明可能であること,小振幅ELMの系統的同定がすすんだことなど、大きな発展があった。これらに基づいて、ITERのプラズマ性能の予測,ELMの小規模化等の検討が大きく進んだ。
石井 康友; 安積 正史; Smolyakov, A. I.*
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その詳細過程は未解明である。本研究では、広範な抵抗値領域に対して数値シミュレーションを行うことにより、低い抵抗値領域で抵抗効果が顕著になる領域が存在することを明らかにした。これまでの研究では、強制磁気島は内部構造を持たない剛体として取り扱われていた。しかしながら、本研究により、磁気島の内部における非一様なトルク分布が磁気島の変形を引き起こし、初期のX点近傍での2次的な磁気再結合が生じていることが明らかになった。このようなX点近傍での磁場のトポロジー変化は、X点近傍でのブートストラップ電流の変化を通じて、新古典ティアリングモードの発生臨界値に影響すると考えられる。
坂本 慶司; 春日井 敦; 高橋 幸司; 南 龍太郎*; 假家 強*; 満仲 義加*; 小林 則幸
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
ITER用に開発を行っている170GHzジャイロトロンとランチャー開発の最近の成果を報告する。ジャイロトロンの発振モードをガウス型ビームに変換する内蔵型モード変換器の効率向上設計に成功したこと,電子銃の速度分散の抑制に成功し、発振の高効率化に成功したことにより、出力0.6MWでITERに必要な600秒の安定発振を達成した。ITERの目標である1MWでの1000秒クラスのジャイロトロン開発に向け、大きな進歩である。また、次数の高い発振モード(現状TE
モードに対し、TE
モード)の短パルス発振実験を行った。発振モードの次数を上げることにより、空洞共振器のサイズが大型化でき、電気抵抗損失による熱負荷を大きく下げることができるため、さらなる大電力化,長寿命化が可能となる。その結果、1ミリ秒ながら1.6MWの安定発振に成功した。円筒空胴におけるTEクラスの高次モードの安定発振は非常に難しいとの予測を覆すもので、モード競合理論の再構築を迫る結果である。一方、ITERの水平ポートに装着する電子サイクロトロン電流駆動用ランチャーの設計では、フロントシールド,RFビーム角度制御用可動ミラーとその駆動機構,ランチャー内RF伝送系の設計を行い、その実現可能性を示した。また、ランチャーのキーコンポーネントであるミラー駆動系,高安全性真空封じ窓の開発を行い、ランチャーに使用できることを示した。
佐藤 聡; Verzilov, Y.*; 落合 謙太郎; 和田 政行*; 久保田 直義; 近藤 恵太郎; 山内 通則; 西谷 健夫; 今野 力
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
水冷却ペブル充填テストブランケットモジュールを模擬した2つの部分モックアップ体系を用いて、DT中性子照射による核特性実験を実施し、トリチウム生成率設計精度の基礎的な検証を行った。(1)多層構造核特性実験では、第一壁, 濃縮LiTiOブロック, Beブロック, 隔壁パネルから成るモックアップを構築し、濃縮LiCOペレットを用いて、トリチウム生成率の詳細な分布を測定した。最新の計算コード及び核データを用いて、トリチウム生成率を計算した。計算結果の実験結果に対する比(C/E)の平均値は、増殖材第一層で0.99、第二層で1.04であり、非常に高精度にトリチウム生成量を予測できることを明らかにした。(2)ペブル充填層核特性実験の解析は、均質化したモデルと、個々のペブルをモデル化した非均質モデルでモンテカルロ計算を行った。均質モデルでのC/Eの平均値は0.97、非均質モデルでは0.99であった。均質モデルによる計算では、非均質モデルと比較して、トリチウム生成率が有意に減少し、濃縮度が増加するとより減少することがわかった。核設計では、非均質モデルによる評価が必要であることを明らかした。
