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相羽 信行; 徳田 伸二; 石澤 朋子*
Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1127 - 1131, 2006/12
被引用回数：1 パーセンタイル：3.54(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク核融合装置において高性能プラズマを長時間保持することを実現するうえで、外部電磁流体(MHD)不安定性の発生を抑えることは重要な課題であり、特にこの不安定性のアスペクト比に対する依存性は装置設計を行ううえで考慮すべき要因の一つである。本研究ではこれまで開発を続けてきたMHD安定性解析コードMARG2Dの特徴である「広いトロイダルモード数nの範囲にわたって解析ができる」という特長を生かすことで、nが1から10までの外部MHDモードの安定性に対するアスペクト比の依存性を調べた。その結果、外部MHDモードから決まるプラズマ圧力の限界はアスペクト比を小さくすることで高くなることを確認した。またプラズマを囲む完全導体壁の位置がプラズマ表面に近い場合、アスペクト比が小さくなるにつれて圧力限界を決める外部モードのトロイダルモード数は大きくなることを示した。さらにこの原因が、アスペクト比を小さくしたことによって異なるポロイダルモード間のトロイダル結合が強くなり、その結果nの小さいモードを強く安定化する導体壁の影響が強く表れるためであることを、MARG2Dコードで得られる固有関数を比較することによって明らかにした。
松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明
Physics of Plasmas, 12(9), p.092505_1 - 092505_7, 2005/09
被引用回数：2 パーセンタイル：6.86(Physics, Fluids & Plasmas)磁気流体力学(MHD)不安定性の研究は、プラズマを閉じ込める磁気面の保持/再生にかかわる、トカマク炉心プラズマ研究の中心課題である。核融合プラズマの中心部のような高温になると電気抵抗が小さくなるとともに、むしろ電子慣性,有限ラーマ半径等の非衝突効果(運動論的効果)が磁気再結合過程に深くかかわる。本研究では、ジャイロ運動論的粒子モデルを用いた3次元シミュレーションにより、磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。電子慣性の特徴的長さは電子スキン長であるが、それと比較して磁気再結合にかかわる他の素過程の特性長(イオンラーマ半径,抵抗層の厚さ等)が小さい場合、キンクモードは主として電子慣性によって誘起されると考えられる。しかし、このような電子慣性が支配的な運動論的キンクモードに対して、磁力線方向の電子圧縮性がわずかに存在する場合は、磁気再結合点近傍の電流構造を非線形的にY型からX型に変化させる。それゆえ、線形成長過程において電子慣性により支配されていたモードは、非線形的に成長率を加速させ、ある一定以上の成長率に達して内部崩壊に至ることが明らかとなった。また、このような非線形加速は、DTM等の内部モードに共通して現れる現象であることも判明した。
玉井 広史; 栗田 源一; 松川 誠; 浦田 一宏*; 櫻井 真治; 土屋 勝彦; 森岡 篤彦; 三浦 友史; 木津 要; 鎌田 裕; et al.
Plasma Science and Technology, 6(3), p.2281 - 2285, 2004/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60SCの高性能定常運転シナリオをTOPICSを用いて検討・評価し、
5で自発電流割合86%の定常状態をI
=1.5MA, B
=2T, NBパワー11MWで維持できることを示した。またERATO-Jを用いた解析を行い、導体壁半径とプラズマ小半径との平均比約1.2では、トロイダルモード数1、または2の外部キンクモードに対する壁安定効果により、
5.5まで達成可能であることを示した。さらに 、プラズマを壁に近付けることによって発生する抵抗性壁モードは、容器内コイルを用いた能動制御により抑制されると予測している。一方、のさらなる向上のためにTOSCAによるプラズマ形状の解析を行い、S=(I/aB)q
で定義されるプラズマ形状係数(非円形度と三角形度に強く依存)を4から6まで変えられることを示した。これは高性能プラズマ運転を実現するうえで重要な電流分布と圧力分布の制御性の拡張を示唆している。
Wang, S.; 小関 隆久; 飛田 健治
Physical Review Letters, 88(10), p.105004_1 - 105004_4, 2002/03
被引用回数：130 パーセンタイル：94.28(Physics, Multidisciplinary)高エネルギーの順方向通過イオンによって内部キンクモードが安定化することを示す理論モデルを構築した。この理論モデルは、最近の実験における高エネルギー順方向通過イオンによる鋸歯状振動の安定化現象の解釈に適用できた。
松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 滝塚 知典; 内藤 裕志*
プラズマ・核融合学会誌, 75(10), P. 1194, 1999/10
プラズマにおける鋸歯状振動の内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論的粒子モデルに密度勾配の効果を考慮し、円柱プラズマにおける運動論的m=1内部キンクモードのシミュレーションを行った。一様密度の場合の成長率よりも小さい反磁性周波数を与える密度勾配は、このモードの線形成長課程に及ぼす影響は小さく、プラズマは完全磁気再結合を伴って内部崩壊することが示された。しかし、再結合後に自己生成する径電場のために、非線形課程が大きく変化することが明らかになった、これは、一様密度の場合に得られたトロイダル電場の対照的な流れは、非一様密度の場合は密度勾配によって生じる径電場により対称性が破られることが原因と考えられる。この結果、電流の再集中が阻害され、二次的な磁力線再結合が抑制されることが明らかになった。本発表では、数値トカマク研究におけるこれらの成果を報告する。
松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 滝塚 知典; 内藤 裕志*
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.2, p.97 - 100, 1999/00
プラズマ中における鋸歯状振動の内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論的粒子モデルに密度勾配の効果を考慮し、円柱プラズマにおける運動論的m=1内部キンクモードのシミュレーションを行った。一様密度の場合の内部キンクモードの成長率よりも反磁性周波数が小さい場合、密度勾配は内部キンクモードの線形成長率に与える影響は小さく、磁力線の完全再結合が生じる。しかし、再結合後に自己生成する径電場のために、このモードの非線形過程が大きく変化する結果が得られた。一様密度の場合に得られたトロイダル電流の対称的な流れは、密度勾配によって生じる径電場により対称性が破られる。そのために電流の集中が阻害され、二次的な磁力線の再結合が制御されるという結果が得られた。本発表では、数値トカマク(NEXT)研究におけるこれらの成果を報告する。
徳田 伸二; 小関 隆久
JAERI-Research 94-030, 13 Pages, 1994/11
JAERI-Research-94-030.pdf:0.62MB
ITER TAC4 H-モード分布の持つ理想MHD安定性の性質を調べた。主として、電流分布の変化が高-nバルーニング・モードおよびn=1モードの安定性に与える影響を解析した(n:トロイダル・モード数)。電流分布の変化は磁気軸上の安全係数の変化で特徴づけられ、このとき、全プラズマ電流は一定値に保たれる。このような変化に対して、高-nバルーニング・モードのベータ値限界はg
=3.3の値を保つ(g:Troyon係数)。不安定なn=1モードは、q
1.0の場合、プラズマ周辺に強く局在し、そのベータ値限界はg=3.7である。q
0.9の場合、n=1モードの安定性は内部キンク・モードで決まり、q=0.8でベータ値限界はg=2.4に減少する。この安定性解析によってqを0.9以上に保ち、かつ、プラズマ周辺の電流分布を固定すればg=3.0のH-モード分布が実現されることが示された。
徳田 伸二; 小関 隆久
JAERI-Research 94-013, 16 Pages, 1994/09
JAERI-Research-94-013.pdf:0.66MB
ITERにおいて予想されるLモード分布のn=1外部キンクモードに対する安定性解析を行った(n:トロイダルモード数)。Lモード分布が想定した電流分布をもつ場合では、プラズマ周辺部で小さいが有限の電流があっても、キンクモードのベータ値限界(g)は設計値g=2.0~2.4より十分に高い。しかしながら、qが1より小さい場合、キンクモードのベータ値限界はかなり減少する(q:磁気軸での安全係数)。たとえば、q=0.8で導体壁のない場合、gは1である。中心面近くに置かれた導体壁にはヌル点近くに置かれた導体壁よりも強い安定化効果がある。
小関 隆久; 安積 正史
JAERI-M 90-170, 23 Pages, 1990/10
中心ピークした圧力分布を持つプラズマのn=1内部キンクモードの安定性を数値的に解析した。本研究では、JT-60トカマクにおける水素ペレット入射実験で観測された、q=1面内で強くピークした圧力分布を用いて解析を行なった。また、ピークした圧力分布とプラズマ形状(すなわち、楕円度と三角度)の効果についても、JT-60Uトカマクのために検討した。圧力が強くピークしたプラズマは、パラボリックな圧力分布をもつプラズマより、q=1面内で定義されるポロイダルベータの限界値が高い。楕円度の増加によってこのポロイダルベータ限界値が下がるが、ピークした圧力分布を持つプラズマにおいては、三角度を付けることによって大きな改善が得られる。一方、n=1内部キンクの第2安定領域ヘアクセスするには、むしろ平坦な圧力分布で、q=1面が大きいプラズマの方が効果的である事が示された。
辻 俊二; 安積 正史
核融合研究, 61(5), p.287 - 306, 1989/05
トカマクにおける鋸歯状振動を、実験と理論の両面からレビューする。大型トカマクで観測される鋸歯状振動は前兆振動が無かったり、後続振動が現れたり、複合鋸歯状振動や巨大鋸歯状振動となったりして、複雑なふるまいを示す。Kadomtsevの磁場再結合モデルは、速い崩壊と、中心部のキンク的動きや冷たい泡の生成を明らかにしたトモグラフィー像とに矛盾する。ポロイダル磁場分布測定によると中心の安住係数が1を大きく切っている状態で内部崩壊が起きており、交換型モデルともくい違う。未だ鋸歯状振動を統一的に理解しうるモデルの構策には至っていないが、個々の現象についての理解は深まりつつある。MHDシミュレーションは、与えられた電流分布や圧力分布に対して崩壊現象のみを計算する手法から、輸送・加熱過程を取り入れて鋸歯状振動の全過程を矛盾なく理解しようとする方向に進んでいる。
徳田 伸二
JAERI-M 84-040, 90 Pages, 1984/03
線形理想MHD安定性解析コードERATOによってトカマクプラズマの安定性を解析した。ポロイダル座標が任意の磁束座標系を選択できる高精度の写像法を開発した。トカマクの中性粒子入射加熱実験において、軟X線の信号が鋸歯振動から高周波の連続振動に変化することが観測されている。ERATOコードを用い、m=1内部キンク・モードの安定性を解析した。主として、ポロイダル・ベータ値、磁場のシィアが安定性に与える影響を調べ、鋸歯振動から高周波振動に変化するプラズマのパラメーター領域とm=1キンク・モードが不安定になるパラメーター領域とが定性的に一致することを示した。また、m=1内部キンク・モードに対する第二安定領域を見つけ、シィアおよび楕円度に対する第二安定領域の依存性を調べた。
栗田 源一
JAERI-M 82-093, 56 Pages, 1982/07
トカマク・プラズマのMHD的ふるまいが時間依存コードを使って数値的に調べられた。まず理想MHDモードに関して位置不安定性を含んだ外部不安定性の解析を行なった。そのために線形と非線形の理想MHDコードが開発された。線形コードによって外部キンク不安定性に対するトロイダル効果と導体壁の効果が詳しく調べられた。又新しいリゾーニングのアルゴリズムを考案しそれが円筒配位に於て軸対称なプラズマの摂動を数値的に充分良く表現することを示した。次に抵抗MHDモードに関して我々は簡約化された抵抗MHD方程式を使った非線形コードを開発した。そのコードを使って我々は大破壊型不安定性の過程と低n抵抗モードの性質を調べた。そしてトロイダル効果と有限ポロイダルベータの効果が重要であることを見出した。その結果から大破壊型不安定性の初期化に関して新しいシナリオを提案した。
徳田 伸二; 常松 俊秀; 安積 正史; 滝塚 知典; 奈良岡 賢逸*; 竹田 辰興
JAERI-M 9899, 56 Pages, 1982/01
線型理想MHD安定性解析コード、ERATO-J、の4点の改良を行なった。(i)高精度写像モジュールを開発。この写像法により固有値の収束性が改良された。(ii)中間および高トロイダルモード安定性解析に不可欠な準モード表示法の追加。(iii)真空磁場計算へのベクトル・ポテンシャル法の採用。(iv)大次元疎行列の圧縮。以上の改良により精度及び計算効率が飛躍的に向上した。この改良版ERATO-Jを用いて、n=1内部キンク・モードおよびバルーニング・モードの安定性を行った。N=1内部キンク・モードに対する第2安定領域が見つかった。バルーニング・モードの成長率へのトロイダルモード数およびシアの影響が明らかになった。
常松 俊秀; 竹田 辰興; 栗田 源一; 安積 正史; 松浦 俊彦*; R.Gruber*; F.Troyon*
JAERI-M 9890, 16 Pages, 1982/01
円形断面卜カマクのn=1、2キンク・モードに対する導体壁の安定化効果のポロイダル・べータ値(
)依存性をERATOコードを使って調べた。N=1モードは、導体壁の半径がプラズマ半径の1.1倍(=1.8の時)ないし1.2倍(=1.0の時)程度で完全に安定化される。N=2モードは導体壁が十分プラズマ表面に近くないと安定化されないが、安定化効果はが大きい程著しい。本報告書で用いた平衡状態ではの限界が2%であったが、JT-60のように導体がプラズマ表面に近い場合には、キンク・モードに対して安定なより高いベータの平衡が期待できる。
徳田 伸二; 常松 俊秀; 安積 正史; 滝塚 知典; 竹田 辰興
Nuclear Fusion, 22(5), p.661 - 664, 1982/00
被引用回数：12 パーセンタイル：59.46(Physics, Fluids & Plasmas)改訂版ERATOコードで、円形断面トカマク平衡のn=1内部キンク・モードの安定性解析が、ポロイダル・ベータ(p)値の広い範囲にわたって行われた。内部キンク・モードは、pがある臨界値を越えると不安定になるが、pのさらに高い領域で、再び安定になる。
伊藤 公孝; 井上 早苗*
JAERI-M 8975, 21 Pages, 1980/07
粒子運動学的理論に基づき、高温円柱トカマクプラズマのキンク型モードの安定性が解析された。ドリフト・テアリング・モードの安定性が重点的に調べられた。従来の流体近似では取扱えない高温領域では、1)プラズマ密度が低いときには不安定であるが、密度が増すにつれて安定化される。2)ポロイダルモード数mの大きなモードの成長率は小さい。3)電子温度勾配は安定化効果を持つ。4)電子・イオン衝突効果は安定化効果を示すことが明らかになった。将来のトカマクプラズマのパラメータでは、2≦m≦50のドリフト・テアリングモードは円柱配位では安定である。
