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海老沢 昇; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 関 則和*; 大賀 徳道; 池田 佳隆
平成16年度大阪大学総合技術研究会報告集(CD-ROM), 4 Pages, 2005/03
JT-60Uの長時間放電に対応して、NBI加熱装置の電源,制御,ビームリミタ等を改良し、ビーム入射パルス幅の伸長を図った。パルス幅伸長過程では特にビームリミタへの熱負荷増大や入射ポート部の再電離損失低減化が重要なため、これらを監視しながら徐々にパルス幅を伸延し、最終的には30秒のビーム入射に成功した。ビームリミタを中心とした改良内容とパルス幅延伸過程について報告する。
Mikkelsen, D. R.*; 白井 浩; 浦野 創*; 滝塚 知典; 鎌田 裕; 波多江 仰紀; 小出 芳彦; 朝倉 伸幸; 藤田 隆明; 福田 武司*; et al.
Nuclear Fusion, 43(1), p.30 - 39, 2003/01
被引用回数：28 パーセンタイル：64.08(Physics, Fluids & Plasmas)熱輸送の「硬直性」(中心温度と周辺温度の関連性の強さ)が、一連の厳選したJT-60UのELMy Hモードプラズマによって研究され、測定された温度が幾つかの輸送モデルの予測値と比較された。ペデスタル温度一定での加熱パワースキャン,加熱パワー一定でのペデスタル温度スキャン,中心加熱・周辺加熱での比較を行った。輸送モデルを用いた温度分布の予測計算と実験データとの比較を行った結果、RLWB(Rebut-Lallia-Watkins-Boucher)モデル及びIFS/PPPLモデルの計算値は
0.3
より外側の領域において実験値と一致したが、MM(Multimode)モデルの計算値はプラズマ中心において実験値よりかなり高くなった。
Mikkelsen, D. R.*; 白井 浩; 朝倉 伸幸; 藤田 隆明; 福田 武司; 波多江 仰紀; 井手 俊介; 諫山 明彦; 鎌田 裕; 河野 康則; et al.
IAEA-CN-77 (CD-ROM), 5 Pages, 2001/05
JT-60UのELMy Hモードプラズマにおける熱輸送の「硬直性」(中心温度と周辺温度の関連性)の研究を行った。同じ加熱パワーでも周辺温度が3080%増加すると、中心温度は1070%増加した。また、周辺温度がほぼ同じ場合には、45%の加熱パワーの増加(密度が12%増大)に対して温度分布の変化は少なかった。データ解析の結果、プラズマ周辺部では硬直性は比較的緩く、プラズマ中心部では硬直性は比較的強い傾向を得た。加熱分布を中心加熱と周辺加熱で比較した場合、中心加熱はプラズマ小半径の1/2より内側の領域で加熱パワーが周辺加熱のそれより60%多いのにもかかわらず、中心温度の差は小さかった。輸送モデルを用いた温度分布の予測計測と実験データとの比較の結果、RLWB(Rebut-Lallia-Watlkins-Boucher)モデル及び、IFS/PPPLモデルの計算結果は実験値と一致したが、MM(Multimodel)モデルの計算結果は実験値よりかなり高くなった。
Kramer, G. J.; 岩瀬 誠; 草間 義紀; 森岡 篤彦; 根本 正博; 西谷 健夫; 篠原 孝司; 竹治 智; 飛田 健次; 小関 隆久; et al.
Nuclear Fusion, 40(7), p.1383 - 1396, 2000/07
被引用回数：46 パーセンタイル：77.78(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60UにおいてICRF加熱または、N-NBI加熱を用いて高速イオンの実験を行ってきた。両方の加熱手法でアルフヴェン固有(AE)モードの励起を観測した。ICRF加熱中のAEモードの解析から以下のことがわかった。(1)鋸歯状振動中にICRF加熱によって励起されたAEモードの情報からプラズマ中心領域の安全係数分布を評価をすることができた。これらの結果はMSE計測結果及び、鋸歯状振動の理論計算モデルと良く一致し、この解析手法の正当性を示した。(2)X-モード反射計を用いてTAEモードの径方向のモード構造がJT-60Uで初めて評価し、これらのモードがNOVA-Kコードで予測されたバルーニング構造を持つことを明らかにした。また、N-NBI加熱実験から以下の結果を得た。(1)N-NBI加熱によって鋸歯状振動周期が長期化できることがわかった。(2)N-NBI入射中にアルフヴェン周波数領域のモードを解析した結果、通常のTAEモード以外にバースト的な振る舞いをするモード、周波数捜引するモードが存在することを明らかにした。
福山 淳*; 高瀬 雄一*; 井手 俊介; 牛草 健吉
プラズマ・核融合学会誌, 76(2), p.127 - 137, 2000/02
トカマクプラズマにおける加熱・電流駆動の物理に関するITER物理R&Dの成果をまとめた。(1)電子サイクロトロン周波数帯(ECRF)、(2)イオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)、(3)低域混成周波数帯(LHRF)の電磁波と(4)中性粒子ビーム入射(NBI)各々の種類の手法について検討した。ITERにおける各手法による、加熱・電流駆動特性について検討し、適切なパラメータの選定によりECRF,ICRF,NBIにより中心加熱が、ECRF,LHRFにより周辺電流駆動が、またECRF,ICRF,NBIにより中心電流駆動が各々ITERで要求されるレベルで行えることを示した。
白井 浩; 炉心プラズマ研究部; 核融合装置試験部
プラズマ・核融合学会誌(CD-ROM), 76(1), 4 Pages, 2000/01
日本原子力研究所の大型トカマク実験装置JT-60Uでは、プラズマ電流立ち上げ中に加熱を行うことにより、プラズマ中央部で磁場のシアが負となる負磁気シアプラズマを生成し、磁場シアが零となる点の近傍において密度・温度勾配が急峻となる内部輸送障壁を形成して、その内部領域での粒子・エネルギー閉じ込め性能の飛躍的な改善を得ている。動画の映像は軽水素プラズマにおける内部輸送障壁の成型過程を可視TVで捉えたものである。時刻3.1秒に放電を開始、NBI加熱を3.4秒に開始し、4.2秒、5.0秒と段階的に加熱を増加することにより、負磁気シア配位による内部輸送障壁を形成している。中心イオン温度は9keVで、通常はプラズマ中心部からの発光は見られない温度領域であるが、内部輸送障壁の形成による電子密度の増加のため、可視制動放射による強い光が観測されている。
松田 慎三郎; 辻 博史; 小泉 興一; 秋場 真人; 小原 祥裕; 柴沼 清; 西 正孝; 阿部 哲也; 奥村 義和; 今井 剛; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 75(Suppl.), p.1 - 96, 1999/05
ITER工学R&Dは、核融合実験炉を構成するすべての技術について、設計のベースとなるデータの取得や設計の成立性を実証することを目的として、4極(EU、日本、ロシア、米国)が協力して進めてきたものである。それらは、トカマク炉心を構成する要素機器の技術のほか、周辺機器としての加熱・電流駆動技術(NBI,RF)、遠隔保守技術、トリチウム技術、燃料給気・排気技術、計測診断要素技術及び安全性などにかかわる開発を含んでいる。本報告書は、ITER工学R&Dとして得られた成果の概要がわかるよう、また、我が国の実施分が中心ではあるが、他極の実施分もわかるようにまとめた。
栗山 正明; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 本田 敦; H.Liquen*; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 藻垣 和彦; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 35(11), p.739 - 749, 1998/11
被引用回数：39 パーセンタイル：92.5(Nuclear Science & Technology)高密度プラズマでの中心加熱・電流駆動実験のために開発を進めてきたJT-60用負イオンNBIについて報告する。本負イオンNBIは、平成4年に建設を開始し、平成8年に完成した。完成後直ちに、負イオン源、ビームライン、イオン源用電源の調整、改良を行いながら、負イオンビーム出力の増大に努めると共にJT-60へのビーム入射運転を行ってきた。これまでにイオン源単体でのビーム出力として、水素負イオンで360kV,18.5Aを得ている。また、JT-60への入射パワーとしては、重水素ビームで350keV,5.2MW、水素ビームで360keV,4.2MWを達成している。本報告では、先ず、本負イオンNBI装置開発の経緯、設計及び建設について述べ、装置完成後の調整試験、ビーム出力増大のためのイオン源、電源等の運転パラメータの最適化、及びこれまでに得られた結果について述べる。
栗山 正明; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 花田 磨砂也; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 小泉 淳一*; et al.
Proceedings of 17th IEEE/NPSS Symposium Fusion Engineering (SOFE'97), 1, p.405 - 408, 1998/00
JT-60用負イオンNBI装置は、NBI電流駆動による定常化研究及びプラズマの中心加熱での閉じ込め性能向上を目指したもので、500keV,10MW,10秒の性能を目標とする世界初の負イオンNBIである。この負イオンNBIは、1996年初めに完成した後、1996年3月に最初のビーム入射に成功した。以後、イオン源、ビームライン及びイオン源用電源の最適化を行いながらビーム出力の増大を図り、これまでイオン源出力として重水素ビームで400keVで13.5A、水素ビームで350keVで18.4Aの負イオンビーム出力を達成している。またJT-60への入射パワーに関しては、1996年9月には重水素ビームで350keVで2.5MW、1997年2月には水素ビームで3.2MWのビーム入射を果たし、これまでの実験は、プラズマ中での高エネルギー粒子の挙動がほぼ理論的に予測されたとおりになっている。
O.DaCosta*; 木村 晴行; 森山 伸一; 飛田 健次; JT-60チーム
Proc. of 5th IAEA Technical Committee Meeting on Alpha Particles in Fusion Research, p.37 - 40, 1997/00
JT-60UではJET、TFTRとは異なり、電界プローブを用い、かつ磁場に平行成分と垂直成分に分離してイオンサイクロトロン放射(ICE,10-200MHz)の測定を行っている。電場の平行成分は無視できるほど小さい。このことはICEが磁気音波によるものであるとの仮定を支持する。NBI加熱プラズマでは垂直電場スペクトルは等間隔に並ぶ鋭いピークから成る。それらの周波数は主成分イオンのプラズマ外周部でのサイクロトロン周波数の整数倍に相当する。特に、高性能高
放電ではプラズマ中心部からの核融合トリトンの基本波から3倍調波までの放射ピークをはじめて観測した。ICEとHモード時の周辺不安定性(ELM)との良い相関が観測された。またフィッシュボーン不安定性に同期するICEの振動も観測された。しかし、TAEモードとの相関は観測されていない。
木村 晴行; JT-60チーム
Physics of Plasmas, 3(5), p.1943 - 1950, 1996/05
被引用回数：28 パーセンタイル：67.08(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおける高性能化、定常化研究の最近の成果が発表される。(1)大体積・大電流領域においてNBI+ICRF複合加熱を用いてHモードの生成と鋸歯状振動の安定化により高性能プラズマが得られた。(2)高三角度形状によりプラズマ境界部での安定性が向上し、閉じ込めの改善が得られた。(3)負磁気シアの形成に伴い電子の輸送障壁が現れることが初めて観測され、かつ顕著な閉じ込めの改善が得られた。(4)ITERの緊急課題であるHモードへの遷移に必要な加熱パワーの比例則が導かれた。高pモードの内部輸送障壁の形成にはプラズマ中心部への加熱パワーの重要であることが示された。(5)プラズマのトロイダル回転の制御によりTAEモードの制御が可能となることが初めて検証された。
栗山 正明; 秋野 昇; 荒木 政則; 海老沢 昇; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 河合 視己人; 椛澤 稔; 小泉 淳一*; 国枝 俊介; et al.
Fusion Engineering and Design, 26, p.445 - 453, 1995/00
被引用回数：43 パーセンタイル：95.65(Nuclear Science & Technology)JT-60Uでの高密度電流駆動実験の駆動装置として負イオン源を使用した高エネルギーNBI装置が建設されようとしているが、本報告は、この負イオンNBI装置の建設について述べたものである。負イオンNBI装置は、ビームエネルギー500keVで10MWの中性ビームを10秒間入射するもので、世界で最初の負イオン源を使用した高エネルギーNBI装置となるものである。このNBI装置は、全長24mのビームライン、大電流の負イオンを生成/引出すための負イオン生成/引出し電源、500kV/64Aの出力を有する加速電源及び制御系等から構成される。水冷却系、液体ヘリウム/液体窒素の冷媒循環系、補助真空排気系などの設備は、既設JT-60NBIのものを共用する。講演では、本NBI装置の設計及び建設の現状について発表する。
栗山 正明; 国枝 俊介; 松岡 守; 水野 誠; 小原 祥裕; 大原 比呂志; 藻垣 和彦
JAERI-M 93-059, 13 Pages, 1993/03
JT-60NBI実験におけるプラズマへのビーム吸収パワーを評価するために、水素ビームでの突抜け率を、ビームエネルギー;40-75keV、プラズマ密度;1~7
10
m
の範囲で測定した。突抜け率は、NBI対向面にセットされた熱電対の温度上昇から計算によって求めた。突抜け率は、プラズマ密度に逆指数関数的に依存し、またビームエネルギーには直線的に比例する。更に突抜け率は、ターゲットプラズマ種、第1壁材料によっても変化する。多重衝突過程によるビーム衝突断面積についても評価し、ビームエネルギーが40~75keVの範囲でも断面積の増大が認められた。
木村 晴行; 藤井 常幸; 三枝 幹雄; 森山 伸一; 濱松 清隆; 根本 正博; 飛田 健次
Plasma Physics and Controlled Fusion, 35, p.845 - 871, 1993/00
被引用回数：21 パーセンタイル：58.98(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60ICRF加熱実験結果のレビューを行う。JT-60ICRF実験の特徴は位相制御型22ループアレイによる高調波共鳴加熱である。アンテナの位相制御が加熱効率のみならず入射特性の最適化にも重要な役割を果たすことを確認した。逆相モードの第2高調波少数イオン加熱により電子温度、プラズマ電流の広い運転領域にわたって最も良い加熱結果が得られた。Lモード則に対する閉じ込め改善度はオーム加熱ターゲットプラズマに対して1.3である。NBI加熱ターゲットプラズマに対して第3高調波加熱による顕著なビーム加速と中心電子加熱が観測された。この場合の閉じ込め改善度も1.2~1.3である。鋸歯状振動の安定化が第2及び第3高調波加熱の両者で観測された。安定化が高電子密度、低q領域で得られたことは高調波共鳴加熱の特徴である。安定化の条件を理論との比較に於いて議論する。
中村 博雄; 平山 俊雄; 小出 芳彦; 飛田 健次; 谷 啓二; 福田 武司; 久保 博孝; 栗山 正明; 草間 義紀; 逆井 章; et al.
Physical Review Letters, 67(19), p.2658 - 2661, 1991/11
被引用回数：33 パーセンタイル：82.63(Physics, Multidisciplinary)核融炉におけるヘリウム灰を模擬しているヘリウムビーム入射を行い、JT-60のNB加熱がダイバータ実験でヘリウム灰排気実験を実施した。NB加熱パワー10MW、プラズマ電流1MAの条件で、ヘリウムおよび水素中性粒子圧力の電子密度依存性を調べ、両方の圧力ともに電子密度の3乗に比例して増大することを明らかにした。また、ダイバータ部のヘリウム濃度の指標となるヘリウム濃縮係数は、0.25~0.5であり、電子密度に比例して増大することを明らかにした。このことは、高密度放電を行えば効率の良いヘリウム灰排気が可能であることを意味している。Lモードプラズマの場合、JT-60の実験結果を用いて核融合出力が1GWの炉で必要とされるヘリウム灰排気速度は、数十m
/sと予想される。Hモード等の高閉じ込めモードの実験は、今後の重要課題である。
濱松 清隆; 福山 淳*; 安積 正史
JAERI-M 91-156, 14 Pages, 1991/10
波動伝播方程式と波動電場による粒子加速効果を含むフォッカー・プランク方程式を自己無撞着に数値解析し、高速粒子による核融合反応出力の増大量の解析を行った。D-D、D-He、D-T反応についてICRFとNBIの加熱パワー依存性から核融合出力の評価を行った。ICRF加熱は、第3高調波共鳴までをアンテナ電流の位相制御を含めて比較した。NBI加熱の反応効率の最適化条件は、反応断面積が最大となるエネルギーに匹敵する入射エネルギーであった。ICRF加熱の場合には、波動による粒子加速の観点からは、速度空間の拡散係数がMeVオダーのエネルギー領域まで存在するので加熱条件に強く依存しない。ただし、D-D反応は反応断面積が3~4[MeV]で最大となる為に拡散係数がより高エネルギー側に広がる第3高調波に優位さがある。波動伝播過程での電子によるパワーの損失を避けるにはアンテナ電流を同位相とした場合が優位である。
嶋田 道也; 鈴木 紀男; 中村 博雄; 辻 俊二
核融合研究, 65(SPECIAL ISSUE), p.185 - 200, 1991/03
JT-60におけるHモード実験の総括。JT-60は重水素が使用できないという制約がある一方(1)外X点と下X点ダイバータの比較(2)低域混成は、イオンサイクロトロン波による高周波加熱とNBIとの複合加熱が可能(3)低域混成波による電流駆動が可能(4)高加熱入力、長パルスの実験が可能などの特徴を生かした実験が可能である。結果をまとめると(1)外X点、下X点の両方においてHモードに特有の現象を確認した。下X点の方が再現性よく、ELMのない状態が持続する。エネルギー閉じ込めの改善は10%程度であった。(2)高周波加熱とNBIを組み合わせることにより再現性及びHモードの持続時間が長くなる。(3)チタン・ゲッターによって不純物制御を行い閾値パワーを14MWから9MWに低減しエネルギー閉じ込めの改善を30%にすることができた。(4)LH電流駆動によるHモードを世界ではじめて達成した。
辻 俊二; 中村 博雄; 吉田 英俊; 嶋田 道也; 伊丹 潔; 西谷 健夫; 久保 博孝; 福田 武司; 杉江 達夫; 清水 勝宏; et al.
核融合研究, 65(SPECIAL ISSUE), p.243 - 260, 1991/03
JT-60のダイバータ実験においては外X点ダイバータと下X点ダイバータを用いてダイバータ特性の研究が行われた。粒子排気、熱除去、不純物制御などのダイバータ機能が20MW以上の加熱条件下で実証された。また下X点配位においてイオンのVBドリフトが下向きである場合に、改善ダイバータ閉じ込めという新しい放電モードが発見された。この放電モードにおいてはエネルギー閉じ込めが20%改善され、ダイバータの放射冷却パワーが入力パワーの50%に達した。このように高パワーの放射冷却が大型トカマクで世界で初めて実証できたことは、次期装置の最大の課題であるダイバータの高熱負荷の問題解決の端緒をつかんだといえ、大変意義深い。
西谷 健夫; 永島 圭介; 近藤 貴; 西野 信博*; 芳野 隆治; 平山 俊雄; 竹内 浩
Review of Scientific Instruments, 61(10), p.3090 - 3092, 1990/10
被引用回数：2 パーセンタイル：43.41(Instruments & Instrumentation)JT-60において、4銃身圧空ペレット入射装置による、水素ペレット入射実験を行なった。そのペレットの溶発分布を測定するために、光ファイバー光学系と多チャンネルフォトダイオードを組み合わせた、溶発分布測定装置を開発した。また測定した溶発分布と中性粒子遮蔽モデルに基づくシミュレーション計測との比較を行なった。
中村 博雄; 辻 俊二; 永見 正幸; 小関 隆久; 石田 真一; 安積 正史; 秋場 真人; 安東 俊郎; 藤井 常幸; 福田 武司; et al.
Nuclear Fusion, 30(2), p.235 - 250, 1990/02
被引用回数：16 パーセンタイル：53.11(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60の外側ダイバータおよび下側ダイバータにおけるHモード実験について述べた。外側ダイバータでは、従来の下側ダイバータと同様の特性を有するHモードが得られた。Hモードの閾値は、16MWおよび1.810mである。また、NB+ICRF、NB+LHRFの複合加熱においても、Hモードが観測された。更に、改造後の下側ダイバータにおいても、Hモードが得られた。上記の2つのダイバータ配位ともに、エネルギー閉じ込めの改善度は、約10%である。本論文では、Hモード放電の諸特性について述べるとともに、バルーニング/交換型不安定性の解析を行い、JT-60の外側X点ダイバータでも、安定領域が存在する事を示した。
