Present status of manufacturing and R&Ds for the JT-60SA tokamak

東島 智; 鎌田 裕; Barabaschi, P.*; 白井 浩; JT-60SAチーム

Fusion Science and Technology, 68(2), p.259 - 266, 2015/09

https://doi.org/10.13182/FST15-108

The JT-60SA superconducting tokamak is now under construction toward the first plasma in March 2019 as a joint project between the Broader Approach (BA) Satellite Tokamak Programme of Europe and Japan, and the Japanese national programme. The JT-60SA mission is to contribute to early realization of fusion energy by supporting ITER and by complementing ITER in resolving key physics and engineering issues for DEMO reactors. Before procurements of the major components, some R&Ds for key techniques were performed. By May 2014, 23 procurement arrangements (PAs) have been launched (JA: 13PAs, EU: 10PAs) covering 87% of the total cost of the BA Satellite Tokamak Programme, and the main components have entered the manufacturing stage. In addition, the JT-60SA tokamak assembly started since January 2013. This paper summarizes the recent progress of the JT-60SA project.

Characterization of Type-I ELMs in tangential co-, balanced- and counter-plus perpendicular NBI heated plasmas on JT-60U

神谷 健作; 浦野 創; 小出 芳彦; 滝塚 知典; 大山 直幸; 鎌田 裕; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A131 - A139, 2006/05

https://doi.org/10.1088/0741-3335/48/5A/S12

Type-I ELMsの特性に対するプラズマ回転と高速イオンのリップルロスの影響に関して、JT-60Uにおける接線及び垂直NBIの組合せとプラズマ体積を系統的に変化させることで調べた。反電流方向NBIにてELMによるエネルギー損失割合が小さくなり、周波数は早くなることが確認された。さらに、ELMのパワーはプラズマ体積の増加とともに小さくなることが見いだされ、このことはELM間の輸送が高速イオンの損失の増大に伴い、増加することを示唆する。

Neural-net predictor for beta limit disruptions in JT-60U

芳野 隆治

Nuclear Fusion, 45(11), p.1232 - 1246, 2005/11

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/11/003

トカマクプラズマにおいてベータ限界時に発生するディスラプションを予測するニューラルネットワークをJT-60Uのデータを用いて開発した。ベータ限界ディスラプションでは数10ms前に予兆現象を観測できないので、まず、2msごとに規格化ベータの限界値を出力するサブネットワークを開発した。第一段階ではこの限界値の目標値を適当に与えて訓練し、第二段階では第一段階の訓練で得た出力を用いて限界値の目標値を調整し訓練した。これにより安定放電に対する誤り警報の発生率を大きく低減した。誤り警報の発生率をさらに低減するために、上記訓練で得たネットワークから出力する規格化ベータ限界値と実際の規格化ベータ値との差をほかの11種類のデータとともに主ネットワークに入力し、プラズマの安定度を出力するようにした。この安定度がある警報レベルより低下するとディスラプションの発生を予測する。この結果、ディスラプション発生の10ms前に、80%の予測成功率を4%の誤り警報で得られることを示した。80%は、誤り警報発生率4%における従来の予測成功率10%に比べて格段の性能向上である。さらに90%の予測成功率を誤り警報の発生率12%で得られることを示した。この12%は、従来得られていた誤り警報発生率の約半分である。

JT-60UにおけるN-NBI加熱・電流駆動とトカマク定常化

池田 佳隆; 及川 聡洋; 井手 俊介

プラズマ・核融合学会誌, 81(10), p.773 - 778, 2005/10

https://doi.org/10.1585/jspf.81.773

トカマク定常核融合炉では、循環エネルギーが低い非誘導運転を行うために、高効率な電流駆動方式と高い自発電流の割合が必要である。NBIは電流駆動と加熱に対し強力かつ有効な手段である。JT-60Uでは350keV以上のエネルギー粒子を入射する負イオンNBIを有し、ITER級の領域でNBIの電流駆動と加熱を研究している。本解説は、ITERやトカマク核融合炉の連続運転に向けた最近の負イオンNBI実験と装置の進展について述べたものである。

Concept and results of new operation scheme with improved control system for radio frequency heating in JT-60U

森山 伸一; 篠崎 信一

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(8), p.6224 - 6229, 2005/08

https://doi.org/10.1143/JJAP.44.6224

実時間波形整形の手法を用い、分散処理の概念に基づいて、JT-60U高周波加熱装置の制御設備の改造を行った。改造後のシステムが、従来の集中処理システムに比べて高い性能と信頼性を発揮しているのは当然であるが、実時間波形整形機能により装置運転の役割分担を見直し、高効率で円滑な運転を実現したことは注目すべきことである。実験装置の性格上、実験運転と装置調整は平行して進められ、調整の完了は事実上ありえない。特にプラズマ対向機器でありかつ高い高周波電界の発生するアンテナのコンディショニングには、磁場やプラズマの存在する条件で、きめ細かく入射パラメータを設定することが不可欠である。改造後の典型的な役割分担では、JT-60U全体の実験パラメータを把握する実験オペレータが矩形の入射パワー波形をプログラムし、一方で高周波加熱装置、特にアンテナのその時点での状態を熟知したRFオペレータが、パワー上昇率限界など機器に固有のパラメータを入力する。これらの情報を実時間で合成した入射命令を機器側に送出するようにした。この改造では制御機器間の信号伝達を可能な限り単純化し、汎用機器を多用した。本改造で構築した単純で柔軟性のある分散処理システムは、核融合研究用高周波加熱装置の制御系のあり方を提案するものである。

Electron cyclotron heating assisted startup in JT-60U

梶原 健*; 池田 佳隆; 関 正美; 森山 伸一; 及川 聡洋; 藤井 常幸; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 45(7), p.694 - 705, 2005/07

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/7/019

JT-60Uにおいて電子サイクロトロン加熱(ECH)を用いた予備電離によるプラズマ電流立ち上げ実験を行った。プラズマ着火時に最大値をとる周回電圧を200kWのECHにより30Vから4Vまで引き下げることに成功した。この時の電場は0.26V/mであり、ITERで必要とされる0.3V/m以下の条件を満たしている。また、予備電離によるプラズマ立ち上げ特性を調べるために、初期封入ガス圧,共鳴位置,偏波角度,入射位置を変えてその依存性を取得した。これまで小,中型トカマクでの実験からECH予備電離でのプラズマ立ち上げ特性は入射位置及び偏波角度に依存しないと言われていたが、大型トカマクにおいては依存性があることを明らかにした。さらに、2倍,3倍の高調波による予備電離の実験では、2倍高調波では800kWのECHによりプラズマ電流は立ち上がり、3倍の高調波では1.6MWのECHに7MWの中性粒子加熱を加えても立ち上がらないことが判明した。

Role of low order rational -values in the ITB events in JT-60U reverse shear plasmas

Neudatchin, S. V.*; 滝塚 知典; 林 伸彦; 諫山 明彦; 白井 浩; 藤田 隆明; 鎌田 裕; 小出 芳彦; 鈴木 隆博

Nuclear Fusion, 44(9), p.945 - 953, 2004/09

https://doi.org/10.1088/0029-5515/44/9/002

JT-60UやJETの正磁気シア放電において=2,3面で内部輸送障壁(ITB)が形成されることが知られている。JT-60Uの負磁気シアプラズマにおける最小が3.5, 3, 2.5, 2のときのITB形成への影響はわかっていない。この論文では、JT-60Uの正と負磁気シアプラズマ中のITB事象に対する有理数値の影響を調べる。十分大きいNBI加熱(1.2-1.5MA/3.8Tで8MW)では、が有理数,非有理数のどちらでもITB事象が観測された。電子とイオン温度の空間的時間的挙動はよく似ており、電子とイオンの熱輸送が同じ機構であることが示唆される。=8MWの負磁気シアHモードにおいてが3を通過するとき、周期的に改善と劣化を繰り返すITB事象に続いて、より強いITBが形成された。小さい加熱パワーでは、ITB事象はが有理数のときだけ観測された。弱負磁気シアで=4MWの放電において、電子温度の突発的上昇が=3.5で起きた。一方イオン温度の上昇はもっと頻繁に起きている。低パワーにおける電子とイオン温度の応答に差異があることから、それらの輸送は結合していないことが示唆される。

Neural-net disruption predictor in JT-60U

芳野 隆治

Nuclear Fusion, 43(12), p.1771 - 1786, 2003/12

https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/12/021

JT-60のデータを用いてニューラルネットによるディスラプション予測の研究を行った。「プラズマ安定度」という新しい基準を導入し、かつ従来の方法とは異なる2段階でニューラルネットを教育する新しい方式を開発した。これにより、密度限界,プラズマ電流低減時の高内部インダクタンス,低密度ロックドモードによって発生するディスラプションについて、30ms以前に約90%の予測成功率を約2%の予測失敗率のもとで得ることができた。「プラズマ安定度」を導入したことにより、初めて、各予測時点における予測成功率を評価し、予測成功率と予測失敗率との関係を明らかにした。この結果として、ディスラプション予測の高精度化への道を拓いた。

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Cho, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/7/314

原型炉の実現に向けて経済性と環境適合性の向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉で想定されているように、強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御をもち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。既存のJT-60設備を最大限に生かし、原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現に向けて、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という克服すべき課題に取り組むための設計を行った。

JT-60Uにおけるダイバータ・リサイクリングのデータベース作成と解析

滝塚 知典; 荒川 和也*; 清水 勝宏; 林 伸彦; 朝倉 伸幸

JAERI-Research 2003-010, 57 Pages, 2003/05

JAERI-Research-2003-010.pdf:4.59MB

JT-60Uプラズマにおけるダイバータ・リサイクリングに関するデータベースを作成した。このデータベースにより、電子密度や加熱パワー等の主プラズマパラメータに対するプラズマ中の中性粒子フラックスやダイバータ板へのイオンフラックスの挙動を調べることができる。データベース解析の結果、リサイクリングで増幅されるダイバータ板イオンフラックスは、電子密度の増加に対し非線形的に増加する。この密度に対する平均的依存性からの広がりは非常に大きく、その主原因は、ダイバータ板・第一壁の状態を含むダイバータプラズマの複雑な物理特性に基づいているが、加熱パワーにはほとんど無関係である。低密度時の低リサイクリング・ダイバータプラズマから高密度時の高リサイクリング・ダイバータプラズマへの遷移が分岐的に生じることが確認できた。その遷移密度は加熱パワーのほぼ1/4乗に比例している。