Zonal flow and GAM dynamics and associated transport characteristics in reversed shear tokamaks

宮戸 直亮; 岸本 泰明; Li, J.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.821 - 824, 2006/12

https://doi.org/10.1017/S0022377806004946

反転磁気シアトカマク中の帯状流の振る舞い及びその乱流輸送に対する影響を、イオン温度勾配駆動乱流のグローバルシミュレーションにより調べた。安全係数を減らすと、安全係数最小の領域で帯状流が振動帯状流から静的帯状流に変化し、乱流輸送が効果的に抑制される。この結果は、安全係数最小の領域での帯状流の振る舞いの変化がイオンの輸送障壁形成の引き金を引いているかもしれないことを示す。

Global profile effects and structure formations in toroidal electron temperature gradient driven turbulence

井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明

Nuclear Fusion, 45(12), p.1571 - 1581, 2005/12

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/12/012

ジャイロ運動論的グローバルトロイダルコードを用いて正磁気シア及び反転磁気シアトカマクにおけるトロイダル電子温度勾配駆動(ETG)乱流を調べた。非線形乱流状態において正磁気シア及び反転磁気シア配位におけるETG乱流は全く異なる構造形成を示す。正磁気シア配位においては、ETG乱流はバルーニング構造を示すストリーマにより支配され、電子温度分布は乱流の時間スケールで急速に緩和し臨界安定状態に至る。反転磁気シア配位においては、正磁気シア領域がストリーマで特徴付けられるのに対し、負磁気シア領域では準定常な帯状流が生成される。この結果、電子熱拡散係数は面をまたがってギャップ構造を形成し、温度勾配は臨界安定より上の状態で準定常に長時間維持される。これらの結果は、正磁気シアトカマクにおける分布の硬さ、及び、反転磁気シア配位における輸送障壁形成の可能性を示唆している。

Profile formation and sustainment of autonomous tokamak plasma with current hole configuration

林 伸彦; 滝塚 知典; 小関 隆久

Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11

http://www-naweb.iaea.org/napc/physics/fec/fec2004/datasets/TH_1-6.html

電流ホール配位トカマクプラズマの分布形成と維持を、1.5次元輸送コードを用いて調べた。輸送コードでは、電流ホール内に三磁気島平衡に基づく電流制限モデルを適用した。異常輸送が負磁気シア領域内で急に減衰する輸送モデルが、JT-60Uで観測された分布の時間発展を再現できることがわかった。つまり、負磁気シア領域内では輸送は新古典レベルになり、その結果、大きなブートストラップ電流を介して内部輸送障壁と電流ホールがある分布が自律的に形成される。新古典レベルの輸送で決まる内部輸送障壁幅は、JT-60U実験とよく一致する。また、内部輸送障壁内に閉じ込められるエネルギーは、JT-60U閉じ込め則と一致する。この閉じ込め則は、電流ホールプラズマでは閉じ込めエネルギーが自律的に制限されることを意味する。大きな電流ホールを持つプラズマは、ブートストラップ電流による完全電流駆動により維持される。一方、小さな電流ホールでブートストラップ電流割合が小さいプラズマは、誘導電流の染込みにより収縮してしまう。適切な外部電流駆動により、この収縮を妨げ、さらに電流ホールの大きさを制御することができる。電流ホールプラズマが、外部電流駆動に対して自律的に反応することを明らかにした。

Development of theory of reversed-shear alfven eigenmodes in tokamaks

Konovalov, S. V.; Mikhailovskii, A.*; Kovalishen, E.*; 小関 隆久; 滝塚 知典; Shirokov, M. S.*

Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/00

http://www-naweb.iaea.org/napc/physics/fec/fec2004/datasets/TH_P5-10.html

反転磁気シアを持つトカマクにおけるアルヴェン固有モードのモード構造ついて、理論的に知られている全体的モード,運動論モード及びトロイダルアルヴェンモードの効果を取り入れて、理論的に調べる。特に熱化イオンの密度勾配がモード形成に及ぼす効果を調べる。固有モード方程式が局所解を持つための高速イオン密度と密度勾配の条件は、この効果により緩和される。有限ラーマ半径効果,連続減衰効果、及び高速イオンの密度勾配効果についても調べる。

2.トカマクにおける電流分布の多様性; 2.2 電流ホール配位の形成機構と閉じ込め特性

滝塚 知典

プラズマ・核融合学会誌, 79(11), p.1123 - 1129, 2003/11

https://doi.org/10.1585/jspf.79.1123

トカマクプラズマにおける電流ホールの形成機構を解説する。JT-60Uの実験結果を示す。内部輸送障壁(ITB)が作り出すブートストラップ電流が重要な役割を果たす。電流ホール内の電流密度はほぼ0に保たれる。電流ホールを持つトカマクプラズマの平衡の新概念を紹介する。軸対称三磁気島(ATMI)平衡と呼ばれる配位は3個の磁気島(中心磁気島には負電流、両側の2磁気島には正電流が流れる)がR方向に並ぶ。ATMI領域内の電流値が小さい時、この平衡は安定に維持される。箱型ITBを持つ電流ホール配位における閉じ込め特性について述べる。 ITB内側のコアポロイダルベータに関して導出された比例則は平衡限界を示唆している。コア閉じ込めエネルギーが加熱パワーに依存はしていないが、 ITB領域で評価された熱拡散係数は新古典拡散係数に適度な相関がある。

Radiation enhancement and impurity behavior in JT-60U reversed shear discharges

久保 博孝; 櫻井 真治; 東島 智; 竹永 秀信; 伊丹 潔; 木島 滋; 仲野 友英; 小出 芳彦; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; et al.

Journal of Nuclear Materials, 313-316(1-3), p.1197 - 1201, 2003/03

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(02)01531-3

負磁気シア放電は、定常トカマク型核融合炉の運転シナリオに対する有力な候補である。一方、ダイバータ板への熱負荷の低減には、不純物入射による放射損失の増大が有効である。JT-60では、高閉じ込めの負磁気シア放電に、Ne及びArを入射し、放射損失を増大した。Ne入射の場合には、X点MARFEの発生により放射損失が増大し、ダイバータプラズマが非接触状態になった。この非接触ダイバータを維持しつつ、内部輸送障壁が成長し、閉じ込め改善度が1.3から1.8に増大した。この時、Ne及びCの密度分布に内部輸送障壁が観測されたが、その密度分布は電子密度分布とほぼ同じで、不純物の選択的な蓄積は観測されなかった。一方、Ar入射の場合には、放射損失は内部輸送障壁の内側で増大し、軟X線発光分布からも主プラズマ中心部でのArの蓄積が示唆された。

Review of JT-60U experimental results in 2000

JT-60チーム

JAERI-Review 2002-022, 149 Pages, 2002/11

JAERI-Review-2002-022.pdf:10.21MB

2000年のJT-60U実験(2月~12月)の結果をレビューする。高 Hモードプラズマ及び負磁気シアプラズマにおいて、完全非誘導電流駆動状態での性能を大きく更新した。高 Hモードプラズマにおいては、プラズマ電流1.5MAにて2.010mkeVsの高い核融合積を得て、NNBの電流駆動効率の世界最高値(1.5510A/W/m)を達成した。負磁気シアにおいては、低域混成波電流駆動とNNB電流駆動を用いて、高密度(グリンワルド密度の80%)にて高閉じ込め(HH~1.4)を得た。その他、電子サイクロトロン波帯(ECRF)加熱装置の増強,連続ペレット入射装置の設置,ダイバータ外側排気溝の設置などの改造を行い、プラズマ性能を向上するとともに研究の進展を得た。

Noninductive current drive and steady-state operation in JT-60U

牛草 健吉; 井手 俊介; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 鎌田 裕; 藤田 隆明; 池田 佳隆; 内藤 磨; 松岡 守*; 近藤 貴; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.255 - 277, 2002/09

https://doi.org/10.13182/FST02-A228

JT-60における非誘導電流駆動及び高性能定常運転に関する研究成果をまとめた。低域混成波電流駆動(LHCD)により3.5MAの大電流駆動,3.61019m-2A/Wの高効率電流駆動,自在な電流分布制御性を実証した。近接条件,高速電子挙動等の基礎研究によりLHCD物理の解明に貢献した。負イオン源中性粒子ビーム電流駆動(N-NBCD)実験により、中性粒子ビーム電流駆動に関する研究を著しく進展させた。駆動効率1.51019m-2A/Wを達成し、1MAの電流駆動に成功した。弱磁場励起Oモード電子サイクロトロン波による局所電流駆動を実証し、駆動効率0.51019m-2A/W,0.2MAの電流駆動を達成するとともに、新古典テアリング不安定性の抑制に成功した。これらの成果に基づき、高pHモード及び負磁気シアプラズマという2つの高性能定常運転方式を開発した。これらの運転方式は、高い閉じ込め性能を有するほぼ定常状態の電流分布を完全電流駆動の状態で持続できるものである。高い規格化密度や高い核融合積を有する完全電流駆動高性能定常運転方式で達成した。

Study of internal transport barriers by comparison of reversed shear and high- discharges in JT-60U

小出 芳彦; 森 雅博; 藤田 隆明; 白井 浩; 波多江 仰紀; 滝塚 知典; 木村 晴行; 及川 聡洋; 伊世井 宣明; 諫山 明彦; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(5), p.641 - 645, 1998/00

https://doi.org/10.1088/0741-3335/40/5/014

JT-60Uの負磁気シア放電では顕著な電子系熱輸送の低減現象が観測された。一方、高ポロイダル放電では、電子系熱輸送の低減は明確ではないが、イオン系熱輸送の低減等は負磁気シア放電の特性と類似している。本研究の目的は、負磁気シア放電と高ポロイダル放電の特性を整理・比較することにより、前者で観測される電子系熱輸送の低減現象の起源を解明することである。これまで得られた知見は以下のとおりである: 両者とも中心加熱がその発生に必要である。負磁気シア放電では、(1)電子系熱輸送、イオン系熱輸送、粒子輸送の低減(内部輸送障壁)が小半径の20%程度の領域に局在する。(2)その位置は半径方向に移動し安全係数が極小となる位置で停流する。高ポロイダル放電では、(1)内部輸送障壁は半径方向に移動するが安全係数が極小となる位置が存在しなくても発生・停留する。(2)加熱閾値は電子密度とともに上昇する。

Improved confinement with plasma profile and shape controls in JT-60U

閨谷 譲; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 38(12A), p.181 - 191, 1996/00

https://doi.org/10.1088/0741-3335/38/12A/014

JT-60Uにおいて負磁気シア配位と高三角度放電の閉込め改善領域の研究が進展した。負磁気シア放電では、負シア及び内部輸送障壁の形成により15MWのNB入射で蓄積エネルギー8.2MJ、閉込時間0.71秒、等価DT核融合出力~0.4を得た。内部輸送障壁の位置は/a~0.65と広く、放射冷却ダイバータを形成するような高密度でも維持できた。この負磁気シア配位をLHCDによって7.5秒保つことができ、定常化への見通しを得た。プラズマの三角度を増大することにより、ELMの発生限界の密度、温度を1.3~2倍に増大させることができた。この結果、1MAの完全電流駆動放電でHファクタ~2.5、規格化ベータ()~3を約2秒間維持することに成功した。負イオンNBの入射が1996年3月から開始され、加速電圧180kV、Dビーム電流3.2A、入射パワー100kWのプラズマ入射に成功した。