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浦野 創; 滝塚 知典; 鎌田 裕; 大山 直幸; 竹永 秀信; 三浦 幸俊
Physical Review Letters, 95(3), p.035003_1 - 035003_4, 2005/07
被引用回数：15 パーセンタイル：62.72(Physics, Multidisciplinary)HモードにおけるELM間に起こる熱輸送についての無次元パラメータ依存性を調べた。低い周辺衝突周波数では、ELM間の熱輸送に割り当てられる熱流束は低減し、ELM損失パワーが増大した。そのELM間においては、エネルギー閉じ込め時間は周辺衝突周波数及びポロイダルラーマ半径の減少とともに増大した。ELM間に起こる電子の熱拡散係数は、ELMのバーストにおいて崩壊するプラズマ周辺領域において、イオンの新古典輸送レベルにまで低下することがわかった。
Jolliet, S.*; Angelino, P.*; Bottino, A.*; 井戸村 泰宏; Villard, L.*
Theory of Fusion Plasmas, ISPP21, p.345 - 351, 2004/00
グローバル粒子シミュレーションはイオン系乱流の時間発展を解析するうえで非常に有効な手法であるが、非常に計算コストが高い。このため、より洗練されたシミュレーションを実現するためには、さらにコードを最適化する必要がある。論文ではVlasov方程式を円柱座標(r,z)で解き、Poisson方程式を磁束座標(r,
)で解くLORB5コードに関して、どちらの方程式も単一の磁束座標(s,
)で取り扱うモデルを提案する。ここで、はstraight-field-lineポロイダル座標を示す。磁気軸での特異性を避ける手法、Cycloneパラメータを用いたベンチマークについても報告する。
森山 伸一; 池田 佳隆; 関 正美; 坂本 慶司; 春日井 敦; 高橋 幸司; 梶原 健*; 諫山 明彦; 鈴木 隆博; 福田 武司*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 79(9), p.935 - 944, 2003/09
局所電流駆動によってプラズマ中の磁気的揺動を抑えたり、電流分布を最適に制御することは、より高いプラズマ性能を得るための鍵である。JT-60Uでは電子サイクロトロン加熱装置を用いて加熱及び局所電流駆動の実験を行っている。新型アンテナはポロイダル方向に加えてトロイダル方向にもビームをスキャンできる機能を実現するため、2つの角度可変反射鏡を用いる設計とした。ポロイダルスキャンにより加熱,電流駆動の位置を変化させることができる。この機能を用い、新古典テアリングモード(NTM)の位置を検出し、入射角度をフィードバック制御して揺動を抑制することに成功した。一方トロイダルスキャンは、局所的な逆電流駆動や電流を駆動しない加熱を可能にした。高周波を発振する電子管では、高周波吸収体を内蔵することで寄生発振を抑制して長パルス化が可能になり、2.8MW3.6秒間(約10MJ)という世界最高の入射エネルギーを得た。また、電子管のアノード電圧を高速でON/OFFする技術を用いて従来困難であった入射パワーの変調を可能にし、プラズマの熱パルス伝搬を調べる実験を行うことができた。
濱田 一弥; 小泉 徳潔
プラズマ・核融合学会誌, 78(7), p.616 - 624, 2002/07
現在、ITER等のトカマク型核融合炉の設計には、高磁場性能,高耐電圧性能,電磁力に対する高剛性の要求から、強制冷却型超伝導コイルが採用されている。強制冷却型超伝導コイルにおいては、超伝導の電気抵抗ゼロの特性や反磁性という性質に、ケーブル・イン・コンジット導体(CICC)特有の複雑な構造が加わることにより、多様な電磁現象が発生することが知られている。最近特に解明に労力が注がれているのは,導体内部に発生する不均一電流による通電安定性に対する影響や変動磁場で発生する導体の交流損失現象である。CICCの開発においては、超伝導素線のヒステリシス損失及び交流損失及び導体内部での不均一電流による不安定性について研究が進展し、素線のフィラメント配置の最適化や、素線間の接触抵抗の制御を行うことによって、ITERモデル・コイルのような大型超伝導コイルの開発に成功することができたので、その概要を報告する。
波多江 仰紀; JT-60チーム
Proceedings of 6th Japan-Australia Workshop on Plasma Diagnostics (CD-ROM), 13 Pages, 2002/00
JT-60Uプロジェクトの主要な目的は、ITER及びトカマク型実証炉の科学的基盤の立証に貢献することである。さらに、われわれの最終目標は、統合高性能プラズマの連続維持の達成であり、すなわち、高ベータ,高閉じ込め,高いブートストラップ電流,完全非誘導電流駆動,熱と粒子の制御を核融合炉心級プラズマにおいて実現することである。このゴールに向けてわれわれは、弱磁気シア(高
モード)と負磁気シアプラズマの研究を進めてきた。この二つの運転領域では、内部輸送障壁と周辺輸送障壁が同時に形成可能である。JT-60Uでは、加熱,電流駆動,電流分布制御のため種々の加熱装置を備えており、将来の核融合炉(ITERまたは実証炉)で要求された条件に接近する高い能力を持っている。すなわち、規格化されたラーモア半径と衝突周波数が小さいこと、高磁場,高温(Te
Ti),プラズマ中心への燃料供給が小さいこと、小振幅ELMなどである。この論文では、炉心級の運転領域に主眼を置き、最新の実験結果を報告する。
小関 隆久; 諫山 明彦
プラズマ・核融合学会誌, 77(5), p.409 - 419, 2001/05
トロイダル・プラズマにおいて磁気島内でのブートストラップ電流の減少による新古典テアリングモード(NTM)の発生について、修正ラザフォード方程式に基づいて解説している。ここでは、NTMの基礎理論、実験観測について述べ、NTM発生の
値スケーリングと成長機構について議論している。また、NTMのエネルギー閉じ込めへの影響及び電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)による安定化について紹介している。
小関 隆久
プラズマ・核融合学会誌, 74(9), p.998 - 1005, 1998/09
トカマク・プラズマにおいて形成された内部輸送障壁によって励起されるMHD不安定性について、最近の研究成果を報告している。内部輸送障壁は、主に高ポロイダルプラズマと負磁気シアプラズマにおいて得られ、これに伴ってMHD不安定性が発生している。高ポロイダルプラズマにおける、低nキンク・バルーニングモードによるコラップスの発生、新古典テアリングモードの可能性、BLM現象について述べている。また、負磁気シアプラズマにおける、凹状電流分布による限界、抵抗性交換型モード等について言及している。最後に、今後の研究の課題及び展望について述べている。
W.Liu*; 三浦 幸俊; JFT-2Mグループ
プラズマ・核融合学会誌, 74(7), p.753 - 757, 1998/07
JFT-2Mでは、外部ヘリカル磁場を印加し、ELMを制御してH-モードを定常化することに成功している。そのELMy H-モードの特性に関し、以下の5点を中心に発表する。(1)外部ヘリカル磁場を印加しELMが発生すると、密度と放射損失の上昇が抑えられてH-モードが定常化される。(2)ELMの発生周波数は、外部ヘリカル磁場の強度とともに上昇する。(3)ELM発生には外部ヘリカル磁場のn≧4のトロイダルモードが有効である。(4)低安全係数(q
~2.5)では、ELMの振幅が増大し、初めは1個のELMであるが、数十ミリ秒後には2~3個のELMが連続して発生する。(5)2つの磁気プローブを用いて、連続して発生するELM時の磁場揺動を調べたところ、2つ目のELM時には約400kHzに強い相関を持ち、トロイダルモード数がn≧4である可能性が高い。
波多江 仰紀; 鎌田 裕; 石田 真一; 福田 武司; 滝塚 知典; 白井 浩; 小出 芳彦; 菊池 満; 吉田 英俊; 内藤 磨
Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(6), p.1073 - 1083, 1998/00
被引用回数：41 パーセンタイル：76.66(Physics, Fluids & Plasmas)Hモードプラズマでは、プラズマ周辺部で熱と粒子の輸送が改善される。このとき、プラズマの温度、密度分布では、表面近傍に急勾配がみられる。本論文では、この急勾配の屈曲点からプラズマ表面までの距離をペデスタル幅
と定義し、JT-60UのELM-freeHモード放電における、電子温度とイオン温度分布のペデスタル幅を、1MAから4.5MAの広いプラズマ電流の範囲内で測定した。その結果、ペデスタル幅はポロイダル磁場と、エッジのイオン温度に強い相関を示すことがわかった。さらに、ペデスタル幅は、概ね3.3√
で直線的にスケールができることが明らかになった。ここにはアスペクト比の逆数、はサーマルイオンのポロイダルラーマー半径である。また、実験で得られたペデスタル幅と、理論予測との比較を行った。
C.G.Liu*; 山極 満; S.J.Qian*
Physics of Plasmas, 4(8), p.2788 - 2790, 1997/08
被引用回数：3 パーセンタイル：12.92(Physics, Fluids & Plasmas)イオンサイクロトロン共鳴加熱を用い、トカマクのコアプラズマにおいてポロイダル回転を誘起する手法の呈示を行った。ここで考慮した機構は高周波サイクロトロン加熱によりポロイダル方向のプラズマ密度非一様性をつくりだすことにより、Stringerの提唱したプラズマスピンアップを不安定化させるというものである。高周波の存在下においてプラズマのポロイダル回転を成長させるための条件を見いだし、それがイオン衝突時間に対する非一様密度形成特性時間の比に依存することを示した。また、数値計算により、プラズマのポロイダル回転が現在のイオンサイクロトロン周波数帯加熱パワーレベルにより生成され得ることも明らかにした。
C.Liu*; 山極 満; S.Qian*
JAERI-Research 96-068, 17 Pages, 1997/01
JAERI-Research-96-068.pdf:0.84MB
トカマクプラズマのICRF(イオンサイクロトロン周波数帯)加熱下におけるポロイダルシアー流生成について検討を行い、プラズマのポロイダル回転を誘起する新しい手法の呈示を行った。ICRF加熱によるポロイダル密度非一様性の生成について、通常の衝突項および準線型高周波拡散項を含むフォッカープランク方程式に基づき、解析的かつ数値的に検討を行った。高周波パワーとプラズマ回転の関係を結びつけるモデルを提示し、高周波加熱により誘起される回転の解析を行った。密度非一様性に対して、回転をもたらし得るための条件を見いだし、それが衝突時間に対する減速時間の比に依存することを示した。特に、少数イオンを対象としたイオンサイクロトロン基本波加熱に対しては、ポロイダル回転を励起するための高周波パワーのしきい値の表式を解析的に見いだすことができた。
J.Y.Kim*; 岸本 泰明; 若谷 誠宏*; 田島 俊樹*
Physics of Plasmas, 3(10), p.3689 - 3695, 1996/10
被引用回数：52 パーセンタイル：82.11(Physics, Fluids & Plasmas)トロイダル粒子コードを用いて、トロイダルイオン温度勾配モードの巨視的な構造と安定性に対するポロイダルシア流の効果が理論と共にシミュレーションにより調べられた。トロイダルシミュレーションにおいては、ポロイダルシア流の大きさの増大と共にポロイダル断面におけるポテンシャル構造の非対称性と半径方向の相関距離が減少し、これらの結果は温度や密度等のプラズマ分布の空間変化を取り入れた巨視的なモード構造に対する理論と極めて良い一致を見た。
discharges小出 芳彦; 菊池 満; 森 雅博; 辻 俊二; 石田 真一; 朝倉 伸幸; 鎌田 裕; 西谷 健夫; 河野 康則; 波多江 仰紀; et al.
Physical Review Letters, 72(23), p.3662 - 3665, 1994/06
被引用回数：265 パーセンタイル：98.52(Physics, Multidisciplinary)自発的な内部輸送障壁の形成が、JT-60Uの高領域の改善閉込に伴って観測された。輸送障壁の位置はq=3面であることが明らかとなった。速いMHD崩壊が内部輸送障壁で起り、これが表面輸送障壁形成のひきがねになった。このような改善閉込め放電では、新古典理論値を大きく上回るポロイダル回転速度が観測された。
Sn demo poloidal coil(DPC-EX)安藤 俊就; 中嶋 秀夫; 佐々木 知之*; 檜山 忠雄; 高橋 良和; 西 正孝; 吉田 清; 奥野 清; 加藤 崇; 杉本 誠; et al.
Advances in Cryogenic Engineering, Vol.39, 0, p.335 - 341, 1994/00
超電導ポロイダル・コイルの開発の一環として製作されたニオブ・スズ導体を用いた実証ポロイダル・コイル(DPC-EX)の第2回目の実験が行われた。その結果、掃引速度試験、サイクリック試験で多くの貴重なデータが得られたので紹介する。
R.J.Nelson*; 高橋 良和; 礒野 高明; 佐々木 知之*; 大都 起一*; 田尻 二三男*
JAERI-M 93-219, 48 Pages, 1993/11
ITERトカマク装置のポロイダル・コイルに用いられる超電導導体の縮小モデル導体の交流損失(ヒステリシス及び結合損失)を測定した。ヒステリシス損失については素線からの予測値と一致したが結合損失については計算値を大きく上回る結果が得られた。
高橋 良和
プラズマ・核融合学会誌, 69(6), p.610 - 614, 1993/06
核融合装置のポロイダル・コイルになくてはならない存在である大電流超電導導体の開発において、原研が遭遇した技術的問題とそれをいかに解決したかの実例を紹介する。その問題とは、実証ポロイダル・コイル(DPC)において、定格の40%の電流値で観測された不安定性である。これに対して、1つ1つ段階を追って実証試験を粘り強く行い、原因を追求し、約3年という長い時間を要して、解決することができた。このことから、着実に原因追求作業を行えば、必ず解決できるとの確信を持てる様になったことが最も貴重な成果と言える。
高橋 良和; 小泉 徳潔; 和田山 芳英*; 奥野 清; 西 正孝; 礒野 高明; 吉田 清; 杉本 誠; 加藤 崇; 佐々木 知之*; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 3(1), p.610 - 613, 1993/03
被引用回数：12 パーセンタイル：69.71(Engineering, Electrical & Electronic)30kA NbTi実証ポロイダル・コイル(DPC-U)は、13kA近傍において、不安定性を示す。この不安定性の原因を解明するために、安定性及び電流分布の実験を行った。その結果、導体を構成している486本の素線の電流分布の不均一性により安定性が設計値(電流分布が均一)より低下したことが原因であることが、示された。これを解決するために、素線の表面をフォルマールからクロムに変更した。これにより電流の均一化をはかると同時に、交流損失を増大しないことが期待できる。
石田 真一; 松岡 守; 菊池 満; 辻 俊二; 西谷 健夫; 小出 芳彦; 小関 隆久; 藤田 隆明; 中村 博雄; 細金 延幸; et al.
Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1992, Vol.1, p.219 - 233, 1993/00
JT-60Uにおいて、高アスペクト比の高磁場非円形ダイバータ配位を用いて、高実験を行った。その結果、Lモードスケーリングの3倍の閉じ込め改善度をもつ良好な閉じ込め改善領域を見い出した。炉心級の高温プラズマ(Ti~32keV)、高い核融合積(n
(0)
Ti(0)~4
10
m
・s・keV)が得られ、中性子発生率210
n/sに対するDT換算の等価核融合増倍率は、Q
~0.3に達した。閉じ込め改善特性には、パワー依存性があり、電流分布のピーキングは、得られる
値を向上させる効果がある。また、 collapse現象は、閉じ込め改善モードの保持を妨げ、高領域の限界を低下させることがわかった。1.5次元輸送解析の結果は、~2.1の高放電において、約0.7MAのブートストラップ電流が流されていることを示している。
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
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。
Sn demo poloidal coil(DPC-EX)安藤 俊就; 高橋 良和; 奥野 清; 辻 博史; 檜山 忠雄; 西 正孝; 多田 栄介; 吉田 清; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; et al.
IEEE Transactions on Magnetics, 28(1), p.206 - 209, 1992/01
被引用回数：4 パーセンタイル：47.74(Engineering, Electrical & Electronic)DPC-EXがパルス励磁した時の交流損失の測定結果とその解析結果について紹介する。又、本交流損とコイルの限界電流の関係についても紹介する。
