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及川 聡洋; 土屋 勝彦; 栗原 研一; 川俣 陽一; 福田 武司*; 藤田 隆明; 閨谷 譲
Fusion Engineering and Design, 70(2), p.175 - 183, 2004/02
被引用回数：6 パーセンタイル：40.51(Nuclear Science & Technology)JT-60UにおいてMHD安定性制御を目的として蓄積エネルギーの実時間帰還制御を開発した。JT-60Uの幅広いプラズマパラメータ領域における各種閉じ込めモードのプラズマに対して、統計処理法を用いることにより蓄積エネルギーを高い精度で実時間検出できる。NB入射電力の調節により蓄積エネルギーがあらかじめプログラムされた波形を正確にたどることに成功した。負磁気シアモードにおいては内部輸送障壁形成の再現性が向上し、規格化ベータ値を安定領域に維持することでMHD安定性を制御することができる。また、負磁気シアモードにおいてDT換算核融合増倍率0.5を0.8秒間維持することに成功した。
及川 聡洋; 土屋 勝彦; 栗原 研一; 川俣 陽一; 福田 武司*; 藤田 隆明; 赤坂 博美; 米川 出; 閨谷 譲
JAERI-Research 2003-027, 19 Pages, 2003/12
JAERI-Research-2003-027.pdf:1.14MB
JT-60UにおいてMHD安定性制御を目的としてプラズマ蓄積エネルギーの実時間帰還制御を開発した。プラズマ蓄積エネルギー検出に統計処理法を用いることにより、JT-60Uの幅広いプラズマパラメータ領域におけるオーミックモード,Lモード,Hモード,高ポロイダル
モード,負磁気シアモードといったさまざまな閉じ込めモードに対して単一の統計処理係数セットで蓄積エネルギーの高精度実時間検出が可能となった。NB入射電力の調節により蓄積エネルギーの実績値をプレプログラムされた参照波形に正確に追従させることに成功した。負磁気シアモードにおいては内部輸送障壁形成の再現性が向上し、規格化ベータ値を安定領域に維持することでMHD安定性を制御することができる。これにより、負磁気シアモードにおいてDT換算核融合増倍率0.5を0.8秒間維持することに成功した。
鎌田 裕
プラズマ・核融合学会誌, 79(2), p.123 - 135, 2003/02
高ベータ定常化を目指す、トカマクのMHD安定性研究をレビューする。そこでは、プラズマ電流,圧力,回転の空間分布及びプラズマ形状の最適化が主要な役割を果たしている。また、対象とする重要な不安定性は、新古典テアリングモード,抵抗性壁モード,周辺局在化モード等である。経済性に優れた魅力的なトカマク炉を実証するためには、十分な総合性能を持つプラズマでベータ値を高める必要がある。そこでは、自律性の高いプラズマシステムの安定制御が本質的役割を持つ。
鎌田 裕; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 41(10), p.1311 - 1325, 2001/10
被引用回数：81 パーセンタイル：89.73(Physics, Fluids & Plasmas)高閉じ込め、高規格化、高自発電流、完全電流駆動、効率的な熱・粒子除去等の性能を同時に満足するトカマク運転方式のJT-60による開発研究の成果をまとめた。輸送障壁を有する負磁気シア及び弱磁気シア高
ELMy Hプラズマの2つの改善閉じ込めモードにおいて、定常状態に近い電流分布を有する完全電流駆動プラズマの準定常維持に成功した。負磁気シアプラズマでは、閉じ込め改善度(HH
)~2.2、規格化値(
)~2、自発電流割合(f
)~80%を、高ELMy HプラズマではN-NBIを用いてHH~1.4、~2.5を実現した。エネルギー増倍率0.5の負磁気シアプラズマの0.8秒間保持、N-NBIによる世界最高のビーム電流駆動効率の達成、連続ペレット入射による高閉込めプラズマの高密度化に加え、衝突頻度、規格化ラーマ半径、イオン・電子温度比等が核融合炉の領域に近づくなど、プラズマ性能を特徴づける主要パラメータが大きく進展した。電子サイクロトロン波による局所電流駆動による新古典テアリングモードの安定化、壁安定化効果による高化に成功しMHD安定性の改善に成功するとともに、プラズマの回転制御による内部輸送障壁の能動的制御を実証した。ダイバータの両側排気により、He排気性能を40%向上した。Arガス入射により高密度領域で高い周辺温度を実現し、良好な閉じ込め性能を有するデタッチプラズマの生成に成功した。高q95、高領域で高三確度形状にすることで、ELMをGrtassyELMにすることに成功し、ELM時のダイバータ熱負荷を減衰させた。本論文はこれらJT-60の成果を総合的にまとめたものである。
JT-60チーム
JAERI-Research 99-048, 126 Pages, 1999/09
JAERI-Research-99-048.pdf:7.11MB
1998年におけるJT-60U実験の結果をレビューする。負磁気シアプラズマによる世界最高のDT等価エネルギー増倍率1.25の達成や高
Hモードによる高規格化値の定常維持等、先進運転方式の性能が大きく進歩した。これは、内部及び周辺輸送障壁にかかわる輸送及び安定性研究の進展による。負イオン源中性粒子ビーム入射により、電子加熱、電流駆動、高エネルギーイオン挙動物理に関して新しい放電領域を開拓することができ、ITERに対して外挿性の高いデータを得た。W型排気ダイバータによる熱・粒子制御研究の展開により、主プラズマからスクレイプオフプラズマ、ダイバータプラズマにわたる熱と粒子の流れの理解が進んだ。ディスラプションの回避及び緩和技術も向上した。これらにより、高い総合性能を持つプラズマの定常維持へ向けた研究が着実に進展した。
鎌田 裕
プラズマ・核融合学会誌, 74(9), p.977 - 986, 1998/09
プラズマ周辺部に輸送障壁が形成されると、強い圧力勾配及び表面電流に起因する不安定性が発生する。その代表的な例がEdge Localized Mode(ELM)である。本稿では、異なるタイプのELMそれぞれの特徴と閉じ込め性能に対する影響について、世界の数多くのトカマク装置で得られたデータに基づいて解説する。さらに、主プラズマ性能とダイバータプラズマ性能の複合性能の向上のためにELMと、その制御が持つ重要性を述べる。
鎌田 裕
Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion, 38(8), p.1173 - 1188, 1996/08
被引用回数：7 パーセンタイル：28.29(Physics, Fluids & Plasmas)各国のトカマク装置で得られた複合Hモード及び改善Hモードに関するレビューを行う。複合Hモードとしては、高p Hモード、スーパーショットHモード、ペレット入射Hモード、CHモード、負磁気シアHモード、高内部インダクタンスHモード等がある。改善Hモードとしては、VHモード、高TIHモードがある。改善閉じ込めの原因としては、E
Bシアの増大、Ti/Teの増大、密度分布の尖頭化、磁気シアの上昇及び低下等が報告されている。将来的に大切なことは、電子加熱時に発生するか否か、定常状態を維持できるが、高粒子リサイクリングと両立するか、安定性マージンが大きいか等の問題である。今のところ、これらすべてを満たす複合/改善Hモードは得られていない。今後の定常核融合炉の高性能化のために解決すべき諸問題を提示する。
木村 晴行
プラズマ・核融合学会誌, 72(2), p.170 - 171, 1996/02
1995年11月6日-10日に開催された米国物理学会プラズマ物理分科会の報告を行う。米国の磁気核融合開発予算の削減があったものの、全体の発表件数は前回並みであった。磁場閉じ込め核融合関係ではトカマクにおける反転磁気シアが話題の中心であった。TFTR、DIII-D、JT-60U等から反転磁気シアによる閉込めの改善、輸送解析、MHD安定性解析、非誘導電流分布制御による維持等、多くの発表があり、トカマクの性能向上に新しい展開が見られた。(概要及び磁場閉じ込め核融合分野の執筆を分担)
神吉 隆司*; 徳田 伸二; 宇山 忠男*
JAERI-Research 95-050, 29 Pages, 1995/07
JAERI-Research-95-050.pdf:1.29MB
抵抗性MHD安定性解析で不可欠な接続データを求める数値計算法では、固有値問題とそれに伴う特異方程式を解く必要がある。このため、固有値問題と特異方程式を反復的に解く、数値解法を開発した。固有値問題は等価な非線形方程式に置き換えられ、この方程式に対してNewton法を適用すると特異方程式が導かれる。この方法では、高速の反復解法であるMulti-Grid Method(MGM)が適用できる。モデル方程式を用いて、この方法で得られる固有値及び固有ベクトルの収束性とCPU時間について調べた。数値計算結果から、この方法が固有値問題と特異方程式を数値的に安定でかつ高精度に求めることができる有効な方法であることを確認した。また、MGMの改良によって、直接法で解くよりもCPU時間が約50分の1短い高速解法を開発した。
鎌田 裕; 牛草 健吉; 閨谷 譲; 内藤 磨; 小関 隆久; 河野 康則; 芳野 隆治; 久保 博孝; 藤田 隆明; 石田 真一; et al.
IAEA-CN-60/A5-5, 0, p.651 - 661, 1995/00
電流分布と圧力分布の最適化によって、ELMのあるHモード(ELMy Hモード)におけるプラズマの総合性能が大きく進歩した。n
Ti(0)=4-510
m
skeVの高核融合積状態を最長で1.5秒維持することに成功した。また、ブートストラップ電流とNB駆動電流の和により、I
=0.5MA~1MAでの完全電流駆動を達成すると同時に、規格化ベータ値~2.8-3.2、ポロイダルベータ値2.6~3及び閉じ込め改善度=2~2.5を維持することに成功した。これらの成果は、MHD安定性の向上によるものである。
牛草 健吉
核融合研究, 66(6), p.663 - 681, 1991/12
トカマクの定常化研究の観点から、非誘導電流駆動研究の現状をまとめた。現在までの非誘導電流駆動実験の進展、達成領域等を簡単にまとめ、特に最も研究が進んでいる低域混成波電流駆動実験から今後の炉心プラズマ定常化研究における問題点、課題点を示し、それらに関する現在の研究結果をまとめた。最後に今後予定されている定常化研究を示し、我が国が今後ともトカマクの定常化研究において世界のレーダーシップを発揮する必要があると強調した。
安積 正史; 若谷 誠宏*
核融合研究, 66(5), p.494 - 524, 1991/11
トロイダル・プラズマにおける巨視的及び微視的不安定性の基本的性質について述べる。巨視的不安定性はプラズマの磁場エネルギー及び内部エネルギーを自由エネルギーとして成長する。各閉じ込め装置における不安定性は、磁力線の曲率及び回転変換角によって特徴づけられる。トカマクではバルーニング的性質が、又、ヘリカル系やピンチ系では交換型的性質が重要となる。有限電気抵抗や高エネルギー・イオンによる巨視的モードの不安定化についても駆動機構を明らかにする。ドリフト波不安定性もトロイダル・プラズマでは新しい性質を示す。バルーニング効果による局所井戸の形成は磁気シヤー安定化効果を無効にする事が示される。具体的に不安定性として捕捉電子不安定性とイオン温度勾配不安定性について説明する。最後に周辺乱流を解析する為の基本的な定式化について述べる。
徳田 伸二; 栗田 源一; 安積 正史; 岸本 泰明; 中村 幸治; 小関 隆久; 竹田 辰興; 滝塚 知典; 谷 啓二; 常松 俊秀; et al.
Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1990, Vol.2, p.219 - 229, 1991/00
新古典オーム則に従うトカマクプラズマがオーム電流で閉込められている場合、核融合炉で要請される急峻な温度分布を仮定すると、プラズマ中心の安全係数q
が1以下になってポロイダル・モード数n=1のMHD不安定がおこる。そのため、非誘導電流を使って電流分布を制御しqを1以上に保つことが必要である。ITERのプラズマパラメータに対して必要な非誘導電流の大きさと分布を求め到達可能なベータ値も求めた。急峻な分布から平坦な分布までにわたって電流分布を制御するには全電流の30%の非誘導電流が必要である。また、制御の間、電流分布は変化するが、それに対してMHD安定性を確保するためには、磁気井戸が存在することが必要である。電流分布の最適化によりMHDベータ限界として、トロヨン係数q=2.2が可能である。
滝塚 知典; 徳田 伸二; 安積 正史; 竹田 辰興
Comput.Phys.Commun., 23(1), p.19 - 26, 1981/00
被引用回数：2 パーセンタイル：31.22(Computer Science, Interdisciplinary Applications)円柱プラズマ中の理想的内部モードの線形安定性数値計算に及ぼす複合有限要素の影響を調べた。ポロイダル方向のメッシュ巾が有限であることから成長率が変化するので、トロイダル・モード数を人工的に修正することが必要である。この修正により、安全係数が一定のときは、成長率の収束性はほとんどメッシュ巾の自乗型になる。しかし安全係数が一定でないときは、修正したトロイダル・モード数の径方向依存性が原因となって、収束性は自乗型からずれる。
栗田 源一; 天野 恒雄*
JAERI-M 6474, 14 Pages, 1976/03
軸対称トロイダルプラズマのMHD安定性を、外部の真空領域が存在する場合としない場合について調べるために、2次元の計算機コードが開発されている。コードは、非円形断面の効果も含んでいる。線形化された運動方程式が、初期値問題として解かれている。円筒プラズマについて、計算機シミュレーションの計算結果が解析解と比較され、よい一致が得られた。
若谷 誠宏
JAERI-M 5871, 20 Pages, 1974/10
m=1 キンク不安定性の成長率は、非線型効果によるm=2、m=0モードの励起によって修正を受ける。M=2、m=0モードは、線型安定性では、安定である。非線型効果は、ヘリカルな摂動の軸対称成分に原因があると考える。このキンク不安定性の振巾は、
aの程度になることがわかる。ここで、はアスペクト比に対応し、aはプラズマ半径である。
