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井手 俊介
プラズマ・核融合学会誌, 81(3), p.167 - 170, 2005/03
プラズマ核融合学会誌の小特集「高周波による核融合プラズマ制御の進展」の低域混成波に関する章で、低域混成波を用いた非誘導電流駆動研究の最新のトピックスについて解説を行った。装置の進展,最近の実験研究の進展そして将来の展望について述べた。特に、LHCDによる長時間トカマク運転とそこでのエネルギーと粒子に関する研究、及び先進トカマク開発における分布制御への応用研究に重点を置いて解説を行った。
佐藤 正泰; 諫山 明彦; 稲垣 滋*; 長山 好夫*; 川端 一男*; 岩間 尚文*
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00
磁場閉じ込めトーラス装置(トカマク,LHD)の高温プラズマにおける電子サイクロトロン放射(ECE)の相対論的効果について、数値計算を行った。トカマクにおいて、相対論的効果による非相対論的EC周波数からのずれを用いた電子密度分布測定を提案している。種々の密度分布に対してこの方法が適用可能であることを明らかにした。また、LHD装置のECE測定では、通常観測されている磁場に直角な視線では、視線に沿って磁場構造はベル型になり、プラズマ中心位置で磁場が最大になる。電子温度が高くなると相対論的効果が現れ、周波数のダウンシフトが起こり、プラズマ中心に対応する非相対論的EC周波数の位置に放射がなくなり、ECEで測定する電子温度が見かけ上小さくなる。プラズマ中心と磁場の最大位置が一致する場合と一致しない場合について、ECEを相対論的効果と吸収を考慮して計算した。プラズマ中心と磁場の最大位置が一致しない場合のECE測定では、プラズマ中心が磁場の最大位置よりも手前に来るように観測すれば、相対論的効果による中心付近のみかけ上の温度減少と周辺のみかけ上の温度増加を避け、精度の高い電子温度分布測定ができる。
佐藤 正泰; 諫山 明彦; 稲垣 滋*; 長山 好夫*; 川端 一男*; 岩間 尚文*
Proceedings of 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, p.89 - 94, 2005/00
磁場閉じ込め装置(トカマクとLHD)の高温プラズマにおける電子サイクロトロン放射(ECE)の相対論的効果について、数値計算を行った結果について報告する。トカマクにおいては、ECEを強磁場側から観測した場合、電子サイクロトロン周波数(EC周波数)が相対論的効果により低い周波数側へ大きくシフトし、非相対論的EC周波数からのずれが大きくなる。数値計算によれば、この周波数のずれは電子温度にほぼ単調に比例し、かつ電子密度に依存することがわかった。この依存性を用いて電子密度を測定する可能性について発表する。また、LHD装置のECE測定では、通常観測されている磁場に直角な視線では、視線に沿って磁場構造はベル型になり、プラズマ中心位置で磁場が最大になる。電子温度が高くなると相対論的効果が現れ、周波数のダウンシフトが起こり、プラズマ中心に対応する非相対論的EC周波数の位置に放射がなくなり、ECEで測定する電子温度が見かけ上小さくなることを定量的に明らかにした。
n eigenmodes藤堂 泰*; 中島 徳嘉*; 篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男; 山本 聡*
Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11
JT-60Uにおける高エネルギーイオン駆動不安定性の線形性質及び非線形時間発展を磁気流体と高エネルギー粒子のためのシミュレーションコードを用いて調べた。不安定モードの空間分布は安全係数分布が平坦なプラズマ中心付近で最大値をとる。この不安定モードの実周波数は、実験における速い周波数掃引モードの開始周波数に近い値である。シミュレーション結果は、高エネルギーイオン軌道幅と高エネルギーイオン圧力が不安定モード動径方向分布幅を非常に大きくすることを示している。調べた高エネルギーイオン軌道幅の中で最小値の場合は、不安定モードは小半径の20%以内に局在している。これは、磁気流体効果のみで誘導できる空間分布幅の上限を与える。JT-60Uの実験条件においては、高エネルギーイオンは不安定モード空間分布の半径方向の幅を、最小軌道幅の場合と比較して3倍に広げている。この不安定モードは主として高エネルギー粒子によって誘導されているのである。非線形発展においては、速い周波数掃引モードに近い率で周波数が上下に変化することが示される。JT-60Uにおける高エネルギー粒子モードに加えて、ヘリカル座標系のためのシミュレーションコードによるLHD的プラズマにおけるTAEの研究が報告される。
佐藤 正泰; 諫山 明彦; 稲垣 滋*; 長山 好夫*; 川端 一男*; 岩間 尚文*
Review of Scientific Instruments, 75(10), p.3819 - 3821, 2004/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Instruments & Instrumentation)LHD装置の高温プラズマにおける電子サイクロトロン放射(ECE)の相対論的効果について、数値計算を行った結果について報告する。LHD装置のECE測定では、通常観測されている磁場に直角な視線では、視線に沿って磁場構造はベル型になり、プラズマ中心位置で磁場が最大になる。電子温度が高くなると相対論的効果が現れ、周波数のダウンシフトが起こり、プラズマ中心に対応する非相対論的EC周波数の位置に放射がなくなり、ECEで測定する電子温度が見かけ上小さくなることを定量的に明らかにした。電子密度1
10
m
,電子温度5keVにおいて、規格化小半径の0.1以内に見かけ上、減少する。また、LHDにおいて、この相対論的効果の温度測定への影響を実験的に検証するプラズマパラメーター領域を評価し、充分検証可能なことがわかった。
居田 克巳*; 藤田 隆明; 福田 武司*; 坂本 宜照; 井手 俊介; 東井 和夫*; 稲垣 滋*; 下妻 隆*; 久保 伸*; 出射 浩*; et al.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(5A), p.A45 - A50, 2004/05
被引用回数：19 パーセンタイル：53.39(Physics, Fluids & Plasmas)LHDプラズマとJT-60Uプラズマでは低密度プラズマにECHの追加熱を行うと、中心電子温度が上昇し電子系の内部輸送障壁が形成され、電子温度勾配が大きくなる。プラズマの主半径を温度勾配のスケール長で割った値(R/LTe)が電子温度勾配モデルから想定される一つの指標として用いられている。密度で規格化したECHのパワーによってこのR/LTeがどのように変化するかを調べた。LHDプラズマでは、あるパワーにてR/LTeが急激に増大し、内部輸送障壁形成に必要なECHパワーのしきい値の存在を示しているのに対し、JT-60Uのプラズマでははっきりしたしきい値が観測されなかった。この違いは輸送障壁形成機構の違いを示していると考えられる。一方、輸送障壁形成時の電子温度分布にも、LHDプラズマとJT-60Uプラズマで差が観測されている。JT-60Uプラズマでは輸送障壁が形成されるにつれて、プラズマの中心部の温度に平坦化が見られるが、LHDプラズマでは平坦化が観測されていない。これは回転変換分布(q分布)の違いが原因と考えられる。
笹島 唯之; 柳生 純一; 三代 康彦; 宮 直之; 榊原 悟*
KEK Proceedings 2003-16 (CD-ROM), 4 Pages, 2004/02
臨界プラズマ試験装置(JT-60U)の電磁気検出器は高価であり、今後、実験運転により破損した場合の交換や次期装置への適用を考慮すると低コスト化が要求される。一方、核融合科学研究所(NIFS)ヘリカル型核融合装置(LHD)で使用されている電磁気検出器(積層型プローブ)は、コンパクトで低コストでの製作が可能であり、プラズマディスラプション時の耐震性の問題を除けばそのままJT-60U環境下で使用が期待できる。そこで、JT-60UとNIFSの共同研究の一環として専用ケースを製作し耐震性を向上させた電磁気検出器の製作に着手しJT-60Uへの適用性を検討した結果、JT-60Uでも十分使用できることを確認し、今後製作する電磁気検出器のコスト低減化に見通しをつけた。
during counter NB諫山 明彦; 大山 直幸; 藤田 隆明; 稲垣 滋*; 渡邊 清政*; 東井 和夫*
Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2003 - March 2004, P. 23, 2003/10
一般にヘリカル系ではプラズマ電流がトロイダル磁場と逆方向に増加するとメルシエ安定性が増加すると考えられている。しかし、LHD実験において逆方向NB入射で負方向のプラズマ電流が大きいとき、に局在した不安定性が観測された。この不安定性の特性を明らかにするため、NB入射方向の切替や密度スキャンの実験および計算コードによる安定性解析を行い、以下の結果が得られた。(a)NBを逆方向から順方向に切り替えた場合、プラズマ電流が負に大きい場合でも不安定性は現れなかったが、順方向から逆方向に切り替えると、逆方向NB入射後数100ms後に不安定性が現れた。このことは、不安定性の発生原因がプラズマ電流の値ではなく逆方向NB入射であることを示唆している。(b)不安定性は、正弦波状振動,鋸歯状振動、両者が混合した振動に大別できる。正弦波状振動はより高い密度領域(
m)で現れ、鋸歯状振動は低密度領域(
m)で現れる。(c)この不安定性は低磁場領域(
T)でも現れた。不安定性の周波数は1-2kHzでに局在していて、
Tの場合と同様の特性を示す。(d)実験時の分布を用いてメルシエ安定性の解析を行った結果、一般的に考えられているように負方向に電流が増加するほど安定性が向上することがわかった。
竹永 秀信; 大山 直幸; 藤田 隆明; 山田 弘司*; 西村 清彦*; 田中 謙治*; 坂本 隆一*
Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2003 - March 2004, P. 12, 2003/10
JT-60UとLHDにおいて、高密度領域での閉じ込め劣化及び粒子輸送について比較した。高密度領域での閉じ込め劣化に関しては、回転変換から求められる等価的なヘリカル系でのグリーンワルド密度とISS95スケーリングからの改善度との関係を磁気軸3.6mのLHDプラズマにおいて調べた。LHDでは最外殻磁気面近傍で回転変換が急激に増加するため、LHDでの密度限界スケーリング近傍のデータでもグリーンワルド密度比(f
)は0.6程度にとどまっている。閉じ込め改善度は、f
0.1ではfが大きくなるにつれて低下する傾向にある。JT-60UのELMy Hモードプラズマでは、f0.3-0.4でLモードからの閉じ込め改善度の低下が同様に観測される。粒子輸送に関しては、磁気軸3.9mのLHDプラズマにNBとEC加熱を行った場合とJT-60UプラズマにEC加熱のみを行った場合の比較を行った。LHDではホローな密度分布が観測されており、外向きの対流速度があるものと思われる。ガスパフモジュレーション実験から粒子輸送係数の導出を試みたが、変調成分の振幅と位相の両方の分布を満足する拡散係数と対流速度は得られなかった。一方、JT-60Uではピークした密度分布が観測されており、中心部に粒子源がないために内向き対流速度が存在していると考えられる。
金子 修*; 山本 巧; 秋場 真人; 花田 磨砂也; 池田 勝則*; 井上 多加志; 永岡 賢一*; 岡 良秀*; 長壁 正樹*; 竹入 康彦*; et al.
Fusion Science and Technology, 44(2), p.503 - 507, 2003/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)負イオンNBI装置は、ITER 等の核融合プラズマを加熱・電流駆動するための効果的かつ信頼性ある装置として期待されている。負イオン生成やビーム発生の技術開発は、1980年代に世界的に開始され、現在までに、著しく進展してきた。特に、日本では、二つの大型核融合開発プロジェクトで核融合プラズマの実験研究のために負イオンNBI装置を実際に用いた計画を進めている。一つは、日本原子力研究所におけるJT-60Uトカマク計画であり、他の一つは核融合科学研究所のLHDヘリオトロン計画である。これらの計画は、負イオンNBI装置の開発を更に促進し、両研究所で順調に開発成果を上げてきた。JT-60Uでは、1996年に最初のビーム入射実験を行い、その後、1998年には、LHDでビーム入射実験が行われた。これらは、トカマク及びヘリオトロンでの最初の負イオンNBI装置を用いた加熱・電流駆動実験であり、将来有望な成果が得られた。
川俣 陽一; 米川 出; 栗原 研一; 榊原 悟*; 西村 清彦*
Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2002 - March 2003, 59 Pages, 2003/00
原研では、将来の定常核融合炉を目指して高精度長時間デジタル積分器を開発し、現在JT-60電磁気計測において実用化している。この積分器は開発当初よりITERなどでの1000秒程度までの長時間放電にも対応することを想定して設計したものであるが、実際の長時間放電時に連続した磁場計測を行ったことがない状況であった。このような経緯もあり、平成15年2月、核融合科学研究所との共同研究において長時間放電の大型ヘリカル装置LHDにてこの積分器を用いた試験を共同で実施することとなった。その結果、60秒間の放電中約30kAのブートストラップ電流と考えられるトロイダル電流波形を計測することにLHDとして初めて成功した。さらに、合計300秒間の積分動作後のドリフト量は0.158mV/sと極めて小さいことも確認した。本発表は、この計測結果のサマリーである。
Peterson, B. J.*; 芦川 直子*; 木島 滋; Ingesson, L. C.*; Walker, C. I.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
赤外カメラを用いて温度上昇を直接測定するイメージング・ボロメータが核融合科学研究所で開発されている。一方、金薄膜を用いる従来の抵抗型ボロメータは中性子照射にぜい弱であることも明らかになってきた。JT-60Uトカマク用イメージング・ボロメータの設計や国際熱核融合実験への適合性の検討を開始した。感度,分解能,長時間特性などについてイメージング・ボロメータの燃焼トカマク実験への適用の検討結果を報告する。
Lee, S.; 近藤 貴; 三浦 幸俊
プラズマ・核融合学会誌, 77(9), p.919 - 929, 2001/09
燃焼プラズマの中心部における不純物、D/T燃焼比及びヘリウム灰計測は核融合燃焼プラズマ実験において最も重要な計測のひとつとなる。しかしながらこれらのパラメータの測定手法は未だ確立されたとは言えず新規の診断法の開発が期待されている。このような計測課題に対し、協同トムソン散乱を用いた先進的計測手法を提案する。本論文ではこの測定法の計測原理と国際熱核融合実験炉(ITER)において期待される散乱スペクトルの計算結果を示し、その実現可能性を示した。次にイオンサイクロトロン周波数に比例した共鳴スペクトルの観測条件と要求される装置性能について議論を行った。さらに既存のトーラス装置であるJT-60UとLHDにおける本手法の適用可能性を検討した結果、これまでの技術と装置を利用することで十分に原理実証実験が可能であることを示した。
NBI加熱研究室
JAERI-Conf 2001-001, 122 Pages, 2001/03
JAERI-Conf-2001-001.pdf:21.64MB
平成12年度のプラズマ・壁相互作用(PSI)及びプラズマ対向機器に関する合同研究会が、2000年12月1日に那珂研究所において開催された。この研究会は、プラズマ対向機器の開発研究に従事している研究者とプラズマ・壁相互作用の研究者が一同に会して相互の情報交換と研究課題の整理を行うもので、今回は、ITER、JT-60、LHDなどの大型核融合装置におけるプラズマ・壁相互作用研究や機器開発研究、及び核融合炉材料中における水素同位体挙動などに関する最新の研究成果を中心に合計11件の講演が行われた。本報告書は、講演要旨及び講演に使用されたOHPをまとめたものである。
杉江 達夫
核融合科学研究所ニュース, (95), p.6 - 8, 1998/09
大型ヘリカル装置LHDと、大型トカマク実験装置であるJT-60Uには大型装置特有の共通点がある。そのため、この研究はJT-60Uでの経験を少しでもLHDの分光計測装置の設計・製作や、それを使った実験に役立てると同時に、JT-60Uに対してもLHDでの経験を活かすことを目的として、平成8年5月より始まった。(1)ダイバータ分光計測、(2)可視フィルター分光器の設計、及び(3)赤外領域の分光計測等の議論を行った。これまでは、JT-60Uの分光計測機器の開発経験や実験結果を参考にLHDの分光計測機器の準備に参加するとともに、プラズマ分光計測、及び分光器の設計についても議論してきた。今後は、LHDの運転が開始されたことから、分光データの解析にも参加し、JT-60Uとの比較をしながら研究を進める予定である。
小泉 興一; 山崎 耕造*
プラズマ・核融合学会誌, 72(12), p.1352 - 1361, 1996/12
強力な磁場でプラズマを閉込める磁気閉込め型核融合装置では、プラズマの生成・制御並びにプラズマの移動・消滅に伴う磁束変化によって炉心機器に過渡的な渦電流が誘起される。この渦電流は不整磁場や機器の発熱の原因となるばかりでなく、外部磁場との相互作用で機器に巨大な電磁力を発生させる。特にプラズマ自身に20MA以上の大電流が流れるトカマク装置では、プラズマの異常消滅や垂直方向移動変位(VDE)が極めて短い時間スケールで発生するため、電磁力は数百MNに達する。このため、プラズマ異常消滅時の渦電流・電磁力の解析と電磁力によって発生する応力の評価は、トカマク装置の炉心機器設計を左右する重要な作業である。本報告は、現在工学設計が進められている国際熱核融合実験炉(ITER)と大型ヘリカル装置における渦電流・電磁力の解析例と関連する各炉心機器の技術課題を紹介するものである。
小原 祥裕
プラズマ・核融合学会誌, 72(5), p.393 - 402, 1996/00
近年負イオンビーム技術は日本で大きく進展し、実用上必要な10A以上の大電流負イオンビーム生成が可能となった。この大電流負イオン源開発の進展を受けて、JT-60U用と核融合科学研究所のLHD用の負イオンNBI計画が立案され、現在その建設が進められている。さらに、ITER用の1MeV級NBI技術開発も原研が中心となって進められている。このように、負イオンNBI技術は日本が世界を大きくリードしている技術領域の1つである。本解説では、負イオンを用いたNBI研究開発上の最近の主な成果について述べる。
及川 晃
Fusion Technology, 17, p.232 - 235, 1990/03
日本の核融合研究開発は、1955年の第1回原子力平和利用国際会議の開催を背景として設置された原子力委員会の下で、その体制等について審議され推進されてきた。その当初より、プラズマの基礎研究を重視し、1961年にはプラズマ研究所が名古屋大学に設置された。また、核融合炉をめざした炉心プラズマの研究が我が国の第1段階の核融合研究開発計画として、1969年より原研においてスタートした。これらの成果を基に、1975年より第2段階の核融合研究開発計画として、JT-60による臨界プラズマ条件の実現に係る研究開発を進め、1987年にその目標領域に到達した。現在、原子力委員会核融合会議の調整を通じて、JT-60の高性能化計画及び各種の国際共同研究を進めつつ、次期装置の開発の準備を進めている。
