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n eigenmodes and their coupling to global Alfvn eigenmodesKramer, G. J.; Cheng, C. Z.*; Fu, G. Y.*; 草間 義紀; Nazikian, R. M.*; 小関 隆久; 飛田 健次
Physical Review Letters, 83(15), p.2961 - 2964, 1999/10
被引用回数：24 パーセンタイル：75.07(Physics, Multidisciplinary)短時間に急速な周波数低下を示す中心局在トロイダル・アルフヴェン固有モード(C-TAE)を観測した。低磁気シアプラズマでは、中心の安全係数が下がるとC-TAEの存在位置が低磁場側へ速く移動するため、このような周波数変化が起こることを示した。この場合、周辺部には大域的TAE(G-TAE)が存在可能であるが、減衰項が十分大きいため実際には存在できない。しかし、C-TAEの周波数が低下してG-TAE周波数と重なるとき、実際には存在しないG-TAEはC-TAEと結合し、一時的にC-TAEを安定化することが明らかになった。この結果、C-TAEの周波数は連続的に低下するのでなく、G-TAE周波数と一致するとき一時モードが消失し、その周波数を通過した直後に再出現するという「周波数の跳び」現象を示す。
高エネルギー粒子加熱及び電流駆動専門家G
Nuclear Fusion, 39(12), p.2471 - 2494, 1999/00
ITER物理専門家グループ活動の成果の集大成となる「ITER Physics Basis」のうち、ITERにおける高エネルギー粒子の物理をまとめた。ITERの設計においては、高エネルギー
粒子の損失量の評価が重要である。定常的な損失となるリップル損失は低電流負磁気シア放電で問題となるが、フェライト鋼装着によるトロイダル磁場の均一化を行えば許容値以下まで低減できる。粒子の集団現象によって不安定化されるTAEモード等は、リップル損失より多くの粒子を一時的に損失させる可能性がある。これらの粒子損失に対処するため、第一壁は粒子負荷に対して裕度のある設計をする必要がある。同時に、TAEモード等の抑制の研究、及びリップル損失低減化の研究が今後期待される。
木村 晴行; 草間 義紀; 三枝 幹雄*; Kramer, G. J.*; 飛田 健次; 根本 正博; 近藤 貴; 西谷 健夫; O.DaCosta*; 小関 隆久; et al.
Nuclear Fusion, 38(9), p.1303 - 1314, 1998/09
被引用回数：126 パーセンタイル：95.17(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおけるアルヴェン固有モード、高速イオンの閉じ込め、高速イオンの計測に関する最近の研究成果を発表する。負磁気シア放電では、輸送障壁に強い密度勾配が伴う場合はTAEモードは安定である。密度勾配がゆるいと、多数のTAEモードが安全係数のピッチ極小点付近に現れ、かつ大きな周波数変化(
f~90kHz)が見られる。低q正磁気シア放電ではTAEモードの位置が電流分布の時間発展に伴い、q=1面の外側から内側へと変化する。q=1面の内側に多数の高nモードが存在するときのみMeVイオンの個数が顕著に減少する。負磁気シア放電では、トリトンの燃焼率がかなり劣化する。軌道追跡モンテカルロ計算によれば、トリトンの損失増大の原因はリップル損失である。負磁気シア放電のICRF加熱時の高速イオンの蓄積エネルギーは正磁気シア放電に匹敵する。その他、MeV中性子分析器、
線計測等の開発成果を述べる。
草間 義紀; 木村 晴行; 小関 隆久; 三枝 幹雄*; Kramer, G. J.*; 及川 聡洋; 森山 伸一; 根本 正博; 藤田 隆明; 飛田 健次; et al.
Nuclear Fusion, 38(8), p.1215 - 1223, 1998/08
被引用回数：41 パーセンタイル：76.66(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60UのICRF加熱された負磁気シアプラズマにおいて、引き続いて起こる部分崩壊による密度分布の平坦化の後、トロイダルアルヴェン固有モード(TAE)が初めて観測された。周波数は90-120kHzで、トロイダルモード数は5~8であった。TAEモードの安定性をPPPLのNOVA-Kコードを用いて解析したところ、安定性は安全係数が最小値となる場所のすぐ内側のTAEギャップ構造に強く依存し、実験結果は理論予測と概ね一致することがわかった。中心部で弱い磁気シアを持つ放電において、周波数が急速に変化するモードがICRF加熱中に観測された。約150msの間に、周波数は30kHzか3110kHzに上昇した。この大きな周波数の変化を説明するには、現在の理論は不十分である。
Kramer, G. J.*; 三枝 幹雄; 小関 隆久; 草間 義紀; 木村 晴行; 及川 聡洋; G.Y.Fu*; C.Z.Cheng*; 飛田 健次
Physical Review Letters, 80(12), p.2594 - 2597, 1998/03
被引用回数：45 パーセンタイル：83.75(Physics, Multidisciplinary)三角度が励起する三角度励起アルフベン固有(NAE)モードを、イオンサイクロトロン波帯高周波と中性粒子入射を用いた複合加熱実験時に、JT-60Uにて世界で初めて観測した。その際、楕円度励起アルフベン固有(EAE)モード、トロイダルアルフベン固有(TAE)モードも、同時に観測した。また、NAEモードの励起に必要な高速イオンのベータ値の閾値は、TAEモード励起と同程度になるプラズマパラメータが存在することが判明した。計算コード(NOVA-K)による解析によれば、観測されたNAEモードは、規格化小半径r/aで0.8以上の周辺部に励起されたと推定できた。また、測定データから求めたアルフベン共鳴連続スペクトルの構造から、容易に励起可能と考えられたEAEモードは、内部インダクタンスが低い場合のみしか観測できなかった。
三枝 幹雄; 木村 晴行; 草間 義紀; Kramer, G. J.*; 小関 隆久; 森山 伸一; 及川 聡洋; 閨谷 譲; 近藤 貴
Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(9), p.1647 - 1659, 1998/00
被引用回数：35 パーセンタイル：72.04(Physics, Fluids & Plasmas)国際熱核融合実験炉(ITER)と同様な低qプラズマ配位におけるトロイダルアルフベン固有モード(TAEモード)の研究を行った。本研究では、JT-60UでのICRF加熱実験にてTAEモードの励起に必要な高速イオン(軽水素イオン)を発生させ、高周波電力、線平均電子密度、内部インダクタンスを変化させることにより、様々なTAEモードを観測し、TAEモードの発生機構を系統的に解明することができた。実験で観測された4種類のモードは、低内部インダクタンスで大電力高周波加熱時に発生する低シアモード、q=1面外に発生する通常のTAEモード、q=1面内に発生する竜巻上の周波数スペクトルを有するモード(トルネードモード)、高周波密度時にのみq=1面内に発生するトロイダル両方向に伝播するTAEモード(世界で初めて観測)であり、トルネードモードに関しては、プラズマの内部エネルギー、中心付近の電子温度の減少、特に3MeVの軽水素イオン数の著しい減少が観測された。これによりITERのような低q配位では、トルネードモードにより著しい高速イオンの閉じこめ劣化が発生する可能性があることが分かった。
Kramer, G. J.*; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 鎌田 裕; 草間 義紀; 飛田 健次; 小関 隆久; C.Z.Cheng*; Nazikian, R.*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(6), p.863 - 869, 1998/00
被引用回数：14 パーセンタイル：47.17(Physics, Fluids & Plasmas)ICRF加熱プラズマにおいて出現したトロイダル・アルフヴェン固有モードを利用して、q=1面より内側のq分布を決定した。この手法により決定したq分布は、モーショナル・シュタルク効果から求めたq分布とよく一致した。このq分布決定法は、アルフヴェン固有モードの出現領域でのqの概略値が既知の場合に有効である。特に、ICRF加熱によって巨大鋸歯状振動が現れている時には、鋸歯状振動のクラッシュ直前のq=1面の位置(本手法で求めたもの)を振動の反転半径と合わせることにより、信頼性が向上する。本手法は、将来の核融合炉へも適用可能である。
木村 晴行; 森山 伸一; 三枝 幹雄; 草間 義紀; 小関 隆久; Kramer, G. J.*; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 藤井 常幸; 根本 正博; et al.
Fusion Energy 1996, Vol.3, p.295 - 305, 1997/00
第2高調波少数イオンICRF加熱が負磁気シア配位プラズマに初めて適用され、輸送障壁の内部でプラズマを効率的に加熱できた。ICRF加熱による高エネルギーイオンの蓄積エネルギーは正磁気シア配位におけるものに匹敵する。TAEモードは負磁気シア配位において強い輸送障壁がある場合には安定であった。これはアルヴェン連続スペクトルのギャップが不整列となることで説明される。輸送障壁が弱まると比較的高いトロイダルモード数(5-8)のTAEモードが観測された。TAEモードの制御のためにトロイダル方向のプラズマ回転速度のシアの制御が有効であることが確認された。
三枝 幹雄; 草間 義紀; 小関 隆久; 木村 晴行; 藤田 隆明; 森山 伸一; 藤井 常幸; 安積 正史; Afanassiev, V. I.*; 閨谷 譲; et al.
Nuclear Fusion, 37(11), p.1559 - 1568, 1997/00
被引用回数：15 パーセンタイル：48.04(Physics, Fluids & Plasmas)核融合炉において、高速の粒子によって励起され、特に高速イオンの閉じ込めを劣化させることが予想されているトロイダルアルフベン固有(TAE)モードを、プラズマのトロイダル回転シアを用いて安定化できることを、JT-60Uにて実験的に確認した。また、詳細なデータ解析により、安定化のメカニズムは、トロイダル回転シアによるTAEモードの構造の変化に伴う減衰項、励起項の変化であることを確認した。
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。
三枝 幹雄
JAERI-Research 96-007, 199 Pages, 1996/02
JAERI-Research-96-007.pdf:5.52MB
磁気閉じ込め方式での核融合研究の先陣を走るトカマク型核融合炉において、プラズマ追加熱、非誘導電流駆動を目的としたイオンサイクロトロン波帯(ICRF)加熱方式についての工学的、物理的研究を行った。また、ICRF加熱を用いて、核融合炉内で高速粒子などにより励起され閉じ込め劣化を招くと予測されているTAEモードの研究を行った。少数イオンのICRF加熱にて加速した高速イオンで粒子を模擬し、励起されたTAEモードの特性研究を行うと同時に、電流分布制御によるTAEモードの抑制に成功した。
木村 晴行; 内藤 磨; 三枝 幹雄; 井手 俊介; 根本 正博; 池田 佳隆; 森山 伸一; 近藤 貴; 藤井 常幸; 関 正美; et al.
AIP Conference Proceedings 355, p.81 - 88, 1996/00
少数イオンICRF加熱により高プラズマ電流領域のTAEモードが調べられ、4MA放電では13程度の高いトロイダルモード数を有するTAEモードが現れることが明らかにされる。イオンサイクロトロン高調波共鳴(第2~第4調波)によるビーム加速時のMeV領域のエネルギースペクトルが測定され、テイル温度は調波数がふえるに従って高くなることが示される。低域混成(LH)波の吸収分布は入射波動スペクトル、入射位置、安全係数、を変えることにより制御できる。誘導電流と逆方向にLH波による電流駆動を行い、電流分布の制御性が向上することが実証される。両方の波動に対してセパラトリックスとアンテナ間の大きなギャップに対するアンテナ結合が実証される。
木村 晴行; 三枝 幹雄; 近藤 貴; 小関 隆久; 森山 伸一; 藤井 常幸
プラズマ・核融合学会誌, 71(11), p.1147 - 1164, 1995/11
JT-60Uにおいてトロイダルアルヴェン固有(TAE)モードの研究がITER対応の条件、即ち4MAまでの高プラズマ電流(Ip)、2.8までの低安全係数にて、第2高調波少数イオンICRF加熱を用いて行われている。Ipの増大とともに、より高いトロイダルモード数が現れる。TAEモードによるMeVイオンの減少はTAEモードの振幅に比例する。しかし高電子密度ではTAEモードの振幅は依然大きいもののMeVイオンの減少は重要ではなくなる。TAEモードの制御に非誘導電流駆動による電流分布制御が有効であることが示される。
閨谷 譲
Fusion Engineering and Design, 30, p.25 - 37, 1995/00
被引用回数：1 パーセンタイル：17.53(Nuclear Science & Technology)JT-60Uでは、「閉じ込め改善」と「定常化研究」を主なテーマとして実験を行っている。閉じ込め改善の分野では、加熱分布を制御することにより、高
Hモードの最適化を推進した。定常化研究においては、ITERの物理R&Dの主要課題でもあるダイバータの熱負荷低減のための放射冷却ダイバータの研究、核融合プラズマの核反応粒子等、高速イオンによって引き起こされる不安定性(TAEモード)の研究等が進展した。ディスラプション回避及びそれに伴う電磁力の低減化研究では、エネルギークエンチ直前の蓄積エネルギーとプラズマ電流消滅時間との関係を明らかにした。また、第一壁のディスラプションによる破損の現象から、ハロー電流のトロイダル方向の非一様性を評価した。
木村 晴行; 三枝 幹雄; 森山 伸一; 近藤 貴; 閨谷 譲; 小関 隆久; 西谷 健夫; 草間 義紀; 藤井 常幸; 佐藤 正泰; et al.
Physics Letters A, 199, p.86 - 92, 1995/00
被引用回数：38 パーセンタイル：81.36(Physics, Multidisciplinary)第2高調波ICRF加熱中に観測される高調波MHDモードはICRF加熱によって生成される数MeVの水素によって励起されるトロイダルアルベン固有モード(TAEモード)であることが同定される。数MeVの水素とTAEモードとの間の明瞭な相関が見られる。TAEモードの振幅はトロイダルモード数の10以上までの増加とともに指数関数的に増大する。この傾向は現在のTAE安定性の局所理論では説明できない。巨大鋸歯状振動崩壊後のTAEモードの長い抑制は鋸歯状引導崩壊による高速イオンの損失とq-分布の時間発展により説明できる。
三枝 幹雄; 木村 晴行; 森山 伸一; 閨谷 譲; 藤井 常幸; 小出 芳彦; 近藤 貴; 佐藤 正泰; 根本 正博; 鎌田 裕; et al.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 37, p.295 - 313, 1995/00
被引用回数：62 パーセンタイル：86.73(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uでの少数イオンのICRF加熱実験において、高トロイダルモード数のTAEモードを観測した。トロイダルモード数(n)を同定するために、接線入射の中性粒子入射加熱を用いて、プラズマ電流3MAのプラズマのトロイダル回転速度をスキャンさせ、そのドップラーシフトにより、n=7、8、9、10、11のTAEモードを確認した。TAEモードの数は、プラズマ電流の上昇とともに増加し、4MAでは9個のTAEモードを観測した。また、このときのトロイダルモード数は、13以上にまで達した。有理面近傍には、低トロイダルモード数のTAEモードを有する連続シアアルフベン共鳴スペクトルのギャップが存在しないことを明らかにし、TAEモードを励起する高速イオンの圧力勾配が局在化している時にはq分布制御でTAEモードが抑制できる可能性を示した。
