Dynamics of plasma during the formation of a weak negative central magnetic shear configuration using counter neutral beam injection in the JFT-2M tokamak

神谷 健作; 木村 晴行; 小川 宏明; 川島 寿人; 都筑 和泰; 伊世井 宣明; 佐藤 正泰; 篠原 孝司

プラズマ・核融合学会誌, 78(12), p.1361 - 1367, 2002/12

https://doi.org/10.1585/jspf.78.1361

反電流方向中性粒子ビーム入射による電子密度の尖塔化を伴う閉じ込め改善モードにおいては、鋸歯状振動の安定化が観測されている。運動シュタルク効果を利用した電流分布測定を行うことにより、その動的挙動が明らかになった。鋸歯状振動が安定化される過程において電流分布が平坦化するとともに中心電子温度が増加し、最終的に凹状電流分布(弱負磁気シアー配位)が形成された。一方、電流方向中性粒子ビーム入射の場合には電流分布が尖塔化し、鋸歯状振動の発生とともに閉じ込めは劣化した。このことから、弱負磁気シアー配位の形成には反電流方向電流駆動が重要な役割を果たしていることがわかった。また第一壁のボロンコーティングによる不純物制御効果により、今回得られた弱負磁気シアー配位は準定常維持に適した特性を示すことが示唆された。

Improvement of MHD stability in negative/weak shear configurations for a steady state tokamak

小関 隆久; 石井 康友; S.R.Hudson*; 徳田 伸二; 濱松 清隆; 山極 満; 栗田 源一; 広瀬 章*; D.Monticello*; 津田 孝; et al.

Fusion Energy 1998 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00

高自発電流による定常トカマク炉においては、自発電流を有効利用した強い凹状電流分布による負磁気シア配位にする方法と、自発電流に加えプラズマ中心への電流駆動により弱い凹状電流分布による弱磁気シア配位にする方法が考えられ、プラズマ性能を向上させるには、MHD安定性の改善が重要課題である。負磁気シア配位においては、磁気シアが大きく負になると低nキンクモードを安定化できるが、理想及び抵抗性交換型モードが不安定化する。また、2つの有理面の接近によりダブルテアリングモードを励起する。一方、弱磁気シア配位においては、圧力分布の平坦化により、低nキンクモードを安定化できるが、新古典テアリングモードにより限界を下げる。本論文では、これらのモードに対して統一的に扱い、各々の配位に対する安定性を明らかにして、安定性改善の指針を与えている。

Violation of the Mercier criterion in reversed shear confinement configurations in tokamaks

小関 隆久; 安積 正史; 石田 真一; 藤田 隆明

Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(6), p.871 - 877, 1998/00

https://doi.org/10.1088/0741-3335/40/6/002

トカマク装置における負磁気シアプラズマにおいて、メルシエモードが破れる(不安定となり得る)ことを示した。プラズマ中心付近で形成される負磁気シア領域では、正の磁気シア領域では安定化に働く2つの項、すなわち、パラレル電流による項とポロイダル電流による磁気井戸の項が、磁気シアの符号の反転により、不安定化項と変わる。(q-q)/qの項が増加するにつれ、この2つの安定化項が増加し、メルシエ条件が破れる。ここで、q,qは、各々、プラズマ中心の安全係数、安全係数の最小値である。JT-60Uの負磁気シアプラズマでは、高いqが作られ、その時内部輸送障壁に局在化したMHDモードの観測とメルシエ条件の抵触は矛盾しない。

Kinetic ballooning modes at the tokamak transport barrier with negative magnetic shear

山極 満; 広瀬 章*; M.Elia*

PPL-167, p.1 - 13, 1997/08

シューティングコードを用いて、トカマクの負磁気シア内部輸送障壁におけるプラズマパラメータに対する運動論的バルーニングモードの安定性解析を行った。負磁気シアに対して予想されていた、圧力勾配パラメータに関する第2安定領域が、シューティング距離を長くとることにより消失し得ることを示した。トロイダルモード数が比較的低く、周波数100kHz以下のモードが高圧力及び高密度勾配によって特徴付けられる輸送障壁の近傍でのみマージナルに不安定となることを明らかにした。

Physics issues of high bootstrap current tokamaks

小関 隆久; 安積 正史; 石井 康友; 岸本 泰明; G.Y.Fu*; 藤田 隆明; G.Rewoldt*; 菊池 満; 鎌田 裕; 井手 俊介; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 39(5A), p.A371 - A380, 1997/05

https://doi.org/10.1088/0741-3335/39/5A/034

ブートストラップ電流の有効利用は、トカマク核融合炉の定常化・高効率化への重要課題である。近年、高ブートストラップ電流による中空状電流分布(プラズマ中心付近で負磁気シア)を用いた高効率プラズマが提案され、世界の多くの装置で実験が行われている。ここでは、負磁気シアを持ったプラズマの、エネルギ閉じ込め、TAEモードを含めたMHD安定性について、JT60の実験結果をもとに物理課題を議論している。負磁気シア領域で形成される内部輸送障壁の機構解明、ベータ限界をもたらすMHD不安定性、中空状電流分布でのTAEモードの安定化機構について述べている。また、定常プラズマを形成する上での問題点、定常プラズマを維持する上での問題点について議論している。

負磁気シア配位における抵抗性磁気流体力学安定性の漸近接続理論

徳田 伸二; 渡邉 朋子*

JAERI-Research 96-057, 62 Pages, 1996/11

JAERI-Research-96-057.pdf:1.61MB

有理面が2枚ある負磁気シア配位における抵抗性磁気流体力学安定性の漸近接続理論とその数値解法を提示する。この理論では、理想MHD領域におけるNewcomb方程式と有理面のまわりの内部層方程式を解くことを有限要素法や差分解法の適用できる境界値問題・固有値問題として定式化する。したがって、安定性解析の問題を数値的に安定な解法で解くことができる。解析解が既知のモデル方程式に対して、提案した数値解法を負磁気シア配位に適用し、解析解との比較からこの理論の妥当性を検証した。