Critical analyses with ferromagnetic and plasma rotation effects and wall geometry for a high steady state tokamak

栗田 源一; Bialek, J.*; 津田 孝; 安積 正史*; 石田 真一; Navratil, G. A.*; 櫻井 真治; 玉井 広史; 松川 誠; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 46(2), p.383 - 390, 2006/02

https://doi.org/10.1088/0029-5515/46/2/020

限界ベータの値は、アスペクト比が3のトカマクでは、/2, とは、各々強磁性体壁と真空の透磁率を表す、の強磁性の効果によって約8%減少することが示された。高アスペクト比のトカマクでは、観測されなかったトロイダル・プラズマ回転とプラズマ散逸の効果によってできる抵抗性壁モードに対する安定窓がアスペクト比が3のトカマクでは存在することが示された。安定窓に対する強磁性の効果もまた調べられた。VALENコードによる有限抵抗の安定化板と真空容器の形状を含めたNCT(国内重点化装置)プラズマの限界ベータ解析が始められ、安定化板の受動的安定化効果に対する結果が得られた。NCTプラズマの現状の設計案に対する真空容器及び能動的フィードバック制御の安定化効果を含んだ計算もまた行われた。

Nonlinear behaviour of collisionless double tearing mode induced by electron inertia

松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明*

Nuclear Fusion, 45(11), p.1264 - 1270, 2005/11

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/11/006

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、電子慣性等の非衝突効果(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、これらプラズマの粒子性を物理的に忠実に取り扱う観点から、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、反転磁気シア配位トカマクにおける磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。反転磁気シア配位において二つの共鳴面の距離が近いと、互いの共鳴面における摂動が結合し、ダブルテアリングモード(DTM)と呼ばれる内部モードが生じる。高温プラズマにおいて電子慣性により誘起される運動論的DTMは、抵抗性モデルにより予期されるものより、速い内部崩壊を引き起こし得ることが明らかとなった。さらに、内部崩壊により掃き出された電流は、DTMが作り出した静電ポテンシャルに導かれて凹型に再集中し得ることが明らかになった。本研究は、低ベータ負磁気シア実験におけるディスラプション機構の一端を示しており、またDTMを経た電流分布の再分配により負磁気シア配位を再構築し得ることを示唆している。

Parallel implementation of the solver for the one-dimensional Vlasov-Poisson equation based on the DA-CIP method

内海 隆行*; Koga, J. K.; 功刀 資彰*

Parallel Computational Fluid Dynamics; New Frontiers and Multi-Disciplinary Applications, p.539 - 546, 2003/00

高強度・短パルスレーザー照射によるプラズマのメゾスコピックレベルでの非線現象の解明には、ブラソフ-ポアソン方程式の高精度かつ高効率の数値解析手法が必要となる。このため、従来より粒子シミュレーション法,フーリエ-エルミート変換法,フーリエ-フーリエ変換法,有限要素法,スプリッティング法などが提案されてきたが、筆者等は数値流体解析手法として開発されたCIP法を拡張したDA-CIP法を提案してきた。DA-CIP法は、差分操作を含まず、場の量を支配方程式と整合性のある空間微分値を含めた状態量により推定し、時間発展を高精度数値積分法を用いて計算するために、安定で高精度な数値解を得ることができる。本報告では、DA-CIP法が局所的演算に基づく手法であるために、関西研の超並列計算機システムなどによる並列計算に適したアルゴリズムであることを示す。

Numerical analysis of thermoelectric instability in tokamak divertor

林 伸彦*; 滝塚 知典; 畑山 明聖*; 小笠原 正忠*

Journal of Nuclear Materials, 266-269, p.526 - 531, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00832-0

トカマクダイバータにおける熱電不安定性を、ダイバータ5点モデルを用いて数値的に調べた。熱電不安定性はSOL電流によって引き起こされる熱的不安定性である。解析した結果、ダイバータプラズマの温度がある温度以下になると、ダイバータプラズマの対称な平衡は熱電不安定性により不安定になる。この時、安定な非対称平衡が存在した。SOL電流が熱電不安定性を引き起こすとともに、ダイバータ非対称性を自発的に引き起こすことを示した。非対称平衡では、SOL電流はダイバータプラズマの温度が高い側から低い側に流れ、ダイバータ板に入射する熱流速は温度の高い側の方が低い側に比べて大きい。熱流速の非対称性は、高リサイクリングで低加熱パワーの場合に大きくなる。

Kinetic shooting code study of ballooning modes in tokamak

山極 満; 広瀬 章*; Elia, M.*

PPL-163, 22 Pages, 1997/01

MHD第2安定領域における運動論的バルーニングモードについて、固有関数の振る舞いを調べることにより、その特性を明らかにした。運動論的バルーニングモードはMHDバルーニングモードの延長上にあり、MHDモードと共存する低成長率の第2モードとの連続性はないことを示した。最近、運動論的バルーニングモードが観測されたTFTRのパラメータに対しても運動論的シューティングコードを適用し、最も速く成長するモードのトロイダルモード数および周波数が実験的観測と矛盾しないことを見いだした。また、有限ベータによる静電ITGモードの安定化ならびにITG駆動バルーニングモードの不安定化も示した。さらに、MHDバルーニングモードが安定な負磁気シア領域におけるモード安定性を調べた結果、運動論的バルーニングモードは存在するが零シア近傍に狭い安定窓をともなうことを見いだした。

抵抗性磁気流体力学安定性解析における線形内部層方程式の差分解法

徳田 伸二; 渡邉 朋子*

JAERI-Research 96-044, 102 Pages, 1996/08

JAERI-Research-96-044.pdf:2.3MB

抵抗性磁気流体力学的(抵抗性MHD)安定性を漸近接続法で解析する場合の接続問題を内部層方程式、それは有理面のまわりの薄い層におけるプラズマの運動を記述する、に対する初期値・境界値問題として再定式化した。この定式化では無限遠点における漸近条件の代わりに有限区間に第3種の境界条件が内部層方程式に課せられる。この問題に対する差分解法を、解析解が閉じた形で知られているモデル方程式に適用し、この差分解法によって初期値問題および対応する固有値問題が数値的に安定に解けることを示した。ここで提案した定式化により漸近接続法は抵抗性MHD安定性解析の実用的な方法になる。

Relaxation of sawtooth stability criterion on magnetic shear due to alpha particle pressure

山極 満

Nuclear Fusion, 35(10), p.1225 - 1230, 1995/00

https://doi.org/10.1088/0029-5515/35/10/I06

アルファ粒子を含むDTプラズマに対して、局所磁気シアーの低減による鋸歯状振動安定化の研究を行った。アルファ粒子圧力を考慮に入れて鋸歯状振動発生に関する磁気シアー臨界値を評価した。低密度あるいはブロードな密度プロファイルに対して高い磁気シアー臨界値を見い出した。鋸歯状振動制御のためのオペレーション領域についても検討を行った。

Japanese contribution of ITER PF systems design during CDA

安積 正史; 長谷川 満*; 亀有 昭久*; 栗原 研一; 中村 幸治; 西尾 敏; 下村 安夫; 新谷 吉郎*; 杉原 正芳; 山根 実*; et al.

JAERI-M 92-041, 100 Pages, 1992/03

JAERI-M-92-041.pdf:2.59MB

ITER(国際熱核融合実験炉)ポロイダルコイル(PF)システムの概念設計に対する日本の貢献の主な結果をまとめる。まずPF系の最適配置の決定、準DN配位やSN配位の検討および磁力線の精密な追跡がなされた。さらに中心ソレノイドコイルに働く反発力が求められた。次に垂直位置制御の指針が導出され、受動安定化シェルの性能評価が行なわれた。またTULFEX法によるプラズマ位置・形状同定法の適用や水平位置制御法が調べられ、遅い制御法に関するアルゴリズムが開発された。次にセパラトリックス掃引と周辺磁気面エルゴード化の検討がなされた。最後にTSCコードによるプラズマ動的挙動の検討を示した。以上の結果の多くはまだ完結してはいないが、ITERの成立性を示す概念設計としては十分であり、EDA(工学設計活動)でさらに深められる予定である。

Plasma shaping, edge ballooning stability and ELM behavior in DIII-D

小関 隆久; M.S.Chu*; L.L.Lao*; T.S.Taylor*; M.S.Chance*; 木下 茂美*; K.H.Burrell*; R.D.Stambaugh*

Nuclear Fusion, 30(8), p.1425 - 1432, 1990/08

https://doi.org/10.1088/0029-5515/30/8/003

DIII-Dにおいて起こるGiant ELM(Edge Localized Mode)は、プラズマ周辺におけるバルーニング限界を犯すことと相関があった。[Phys.Rev.Lett.,61,p.1603(1988)]この結果を拡大して検討する。すなわち、適切に楕円度を三角度を変える事によって、セパラトリクス周辺の磁気面において、理想バルーニングモードの第1と第2安定領域の連結領域に入る事を理論的に示した。このとき周辺の磁気面は、圧力勾配をささえるに、その限界がない事が予想される。実験的には、この様に高く変形したプラズマにおいて、Giant ELMが消えた。この理論と実験結果の一致は、先に示した、Giant ELMがバルーニング限界によって起こる仮定を支持するものである。

A Matrix method for resistive MHD stability analysis of axisymmetric toroidal plasma

田中 幸夫*; 安積 正史; 栗田 源一; 常松 俊秀; 竹田 辰興

Comput.Phys.Commun., 38, p.339 - 346, 1985/00

https://doi.org/10.1016/0010-4655(85)90101-8

トカマク・プラズマの抵抗性簡約MHD方程式を解くための行列法を開発した。この抵抗性簡約MHD方程式はブロック三重対角行列の固有値問題に定式化される。この固有値問題の解法としては行列式法と逆べき反復法を使用した。