Investigation of compatibility of low activation ferritic steel with high performance plasma by full covering of inside vacuum vessel wall on JFT-2M

都筑 和泰; 篠原 孝司; 神谷 健作; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 栗田 源一; Bakhtiari, M.; 小川 宏明; 星野 克道; 河西 敏; et al.

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.721 - 725, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.184

低放射化フェライト鋼は核融合原型炉のブランケットの有力な候補材料であるが、強磁性体であり不純物の吸蔵量も大きいことから高性能プラズマとの共存性の実証が不可欠である。JFT-2Mにおいては、原研炉のブランケット壁を模擬するため、真空容器の内壁全面にフェライト鋼を設置し、適合性試験を行っている。プラズマ生成,制御に関しては、フェライト鋼によって生成される磁場が、外部磁場の10%程度であることを示し、トカマクプラズマが既存の制御系で生成可能であることを示した。さらに、原型炉においても、制御に対する影響はJFT-2Mと同程度と予測されることを示した。また、原型炉で想定されている高規格化ベータプラズマに対する適合性を調べる実験を行い、フェライト鋼壁の存在下でも壁無しの安定化限界に近い、規格化ベータ3.3程度のプラズマが生成できることを実証した。この配位をベースにしてプラズマを全体的に弱磁場側の壁に近付けたところ、ディスラプション直前のモードの成長速度が壁の時定数程度(数ms)まで低減した。これは壁安定化効果の存在を示唆する。その他、低ベータでのロックトモード,Hモード遷移等にも悪影響は観測されておらず、フェライト鋼の原型炉への適用に対し、明るい見通しを与える結果が得られた。

Design and analysis of plasma position and shape control in superconducting tokamak JT-60SC

松川 誠; 石田 真一; 逆井 章; 浦田 一宏*; 仙田 郁夫*; 栗田 源一; 玉井 広史; 櫻井 真治; 三浦 友史; 正木 圭; et al.

Fusion Engineering and Design, 66-68(1-4), p.703 - 708, 2003/09

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(03)00278-3

本論文は、完全超伝導コイル化したJT-60装置(JT-60SC)における、プラズマ断面位置形状制御について述べるものである。基本的には、トロイダル磁場コイルの周辺に設置した超伝導ポロイダル磁場コイル(EFコイル)に低速なプラズマ断面形状位置制御を、また真空容器内に設置した常伝導コイルに高速な垂直・水平位置の制御を分担させるハイブリッド制御である。EFコイルの制御電圧は、いずれのコイルでも周回電圧で数V以下と非常に小さく、容器内コイルでさえ高々数10Vである。しかしながら、これにより十分な制御応答性の確保と電源容量の最小化が実現できることが、線形化グラッドシャフラノフ方程式を用いた数値シミュレーションにより示された。

Linear evolution of plasma equilibrium in tokamaks

仙田 郁夫; 荘司 昭朗; 常松 俊秀

Nuclear Fusion, 42(5), p.568 - 580, 2002/05

https://doi.org/10.1088/0029-5515/42/5/309

トカマク型核融合装置の設計においては、プラズマ位置・形状制御の解析評価が、真空容器などの構造物や制御用パルス電源の設計に大きな影響を与える。特にITERのような燃焼プラズマ実験を行う装置では、プラズマ対向機器の保護やプラズマ性能の向上のために、プラズマ位置形状の制御系が重要な役割をはたす。このような制御系の設計のためには、プラズマの振まいを正しく記述する解析コードが必要である。本論文では、線型化されたグラドーシャフラノフ方程式の解法を導き、この解を用いて、プラズマ平衡配位の線型的時間発展を記述する方程式を求めた。さらに、プラズマ安定化を示す重要な指数である、不安定性の線型成長率を、本論文の手法及びこれまで用いられて来た剛体プラズマモデルで求め、本論文の手法で得られる成長率の方が大きいことを示した。ITERでは、この差が有意な違いを制御系設計に与える。

Engineering design study of JT-60 superconducting modification

逆井 章; 石田 真一; 松川 誠; 栗田 源一; 秋野 昇; 安藤 俊就*; 新井 貴; 市毛 尚志; 神永 敦嗣; 加藤 崇; et al.

Proceedings of 19th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering (SOFE), p.221 - 225, 2002/00

コイルの超伝導化を主体とするJT-60改修の工学的設計研究を行った。JT-60改修の目的は、原型炉の経済性・環境適合性向上を目指した高性能プラズマの定常運転技術、及び低放射化材料の利用技術の確立である。JT-60改修では、定常化運転に向けて高プラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱・粒子制御,ディスラプション制御に関する研究課題が設定された。これを実現するために必要な装置,機器の検討を行った。トカマク放電を長時間(100秒)維持するために必要な超伝導トロイダル磁場コイル(TFC)には、高銅比4のNbAlケーブル・イン・コンジット導体を採用することにより高い電流密度の性能が得られ、コンパクトなTFCの設計を可能にした。また、低放射化フェライト鋼製の安定化バッフル板やリップル低減用フェライト鋼の配置及び直接冷却ダイバータ構造体等を検討した。

ITER物理R&D専門家会合報告

小関 隆久; 飯尾 俊二*; 芳野 隆治; 嶋田 道也; 藤沢 登; 海老澤 克之*; 伊尾木 公裕*; 中村 幸治; 徳田 伸二; 林 伸彦

プラズマ・核融合学会誌, 76(7), p.694 - 696, 2000/07

http://ci.nii.ac.jp/naid/40004988490

2000年1月に原研・那珂研究所で開催された、ITER物理R&D専門家会合について報告する。「MHD・ディスラプション・プラズマ制御」についての専門家会合が、日米ワークショップ「トロイダルプラズマにおける高ベータでのMHD安定限界」と同時に行われた。会合では、(1)新古典テアリングモード,抵抗性壁モードなどのMHD安定性、(2)ディスラプション時の逃走電子の発生、(3)プラズマ平衡制御モデル、に関して発表や討議・検討が行われた。その概要を紹介する。

Plasma real-time control system for advanced tokamak operation scenarios in JT-60

栗原 研一; 川俣 陽一; 秋葉 賢一*; 三浦 友史; 赤坂 博美; 安達 宏典*; 星 芳幸*; 福田 武司; 及川 聡洋

IEEE Transactions on Nuclear Science, 47(2), p.205 - 209, 2000/04

トカマク型核融合開発は実験炉段階を迎え、既存の実験装置は一層魅力的な運転シナリオ(高性能プラズマの長時間・定常維持、プラズマ不安定性の回避、ほか)を見いだすことが期待されている。これを受けてJT-60プラズマ実時間制御システムを全面的に再構築する作業に着手しており、以下の新たな設計方針3点を採用した。すなわち、(1)電流分布等の空間2次元の時系列データを計測量をもとに再構成し、実時間制御に使用可能にする、(2)適切な制御用アクチュエータを実時間制御のフレームに組み込む、(3)さまざまな制御方法を試すことが柔軟かつ迅速にできるようにする、の3点である。これらの実現のために、大容量メモリーを搭載した超高速ボード計算機を共有メモリーネットワークで結合するという基本構成を採用した。また機能的には様々な先進的な帰還制御方法が計画されている。本発表はこれら一連の新システム開発の報告である。

JT-60プラズマ位置形状実時間可視化システム

栗原 研一; 川俣 陽一; 秋葉 賢一*; 安達 宏典*; 星 芳幸*; 木村 豊秋

プラズマ・核融合学会誌(CD-ROM), 75(10), 12 Pages, 1999/10

https://ci.nii.ac.jp/naid/110003826345

トカマク・プラズマの楕円度や三角形度は、エネルギー閉じ込め性能の決定因子の一つであるなど、その断面位置形状の重要性が近年認識されてきた。一方その全体像の実時間同定は、計算時間の制約から不可能とされていた。障害の原因である特殊関数や逆行列等の計算を実時間処理から除くために、特殊なテーブルを大容量メモリ上に展開しておくというアルゴリズム上の工夫に加え、最新の電子機器を用いて装置を構成した。この結果大幅な時間短縮を実現し断面形状を毎秒15コマの速度で実時間動画化し、着火直後のリミタ配位からダイバータ配位に移行する様子などの映像情報を実時間で提供した。またさらなる高速化改造を実施し、実時間制御へと発展させる予定である。本論文では、JT-60で実稼働中のシステムの開発結果と実時間制御への適用構想について、その動画映像をミルノフ振動を「音声化」した音とともに示しながら報告する。

Studies of boundary plasmas and fueling on the JFT-2M

小川 宏明; 三浦 幸俊; 福本 直之*; 長谷川 浩一; 川島 寿人; 前野 勝樹; 永田 正義*; 仙石 盛夫; 柴田 孝俊; 河西 敏; et al.

Journal of Nuclear Materials, 266-269, p.623 - 628, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00675-8

本講演では、JFT-2Mのバッフル板付ダイバータプラズマの特性、ダイバータ板へバイアス電圧を印加した効果及びコンパクトトロイド入射による燃料注入法について発表する。JFT-2Mの閉ダイバータでは、OH加熱時には平均電子密度が2-2.510mからデタッチメントが始まるが、完全デタッチメントには至っていない。またバイアス電圧印加により粒子フローを制御し、バッフル効果及びダイバータ特性を著しく向上させることが明らかとなった。さらに新しい燃料供給法としてコンパクトトロイド入射装置を据付け、11月より実験を開始した。初期的な結果ではOHプラズマへの入射で一周電圧、放射損失の低下及び蓄積エネルギーの速い増加などの良好な入射特性が得られた。

Review of JT-60U experimental results in 1997

JT-60チーム

JAERI-Research 98-039, 155 Pages, 1998/09

JAERI-Research-98-039.pdf:8.57MB

ITERの物理R&D及び定常トカマク炉の先進運転に貢献すべく実験を行っているJT-60Uの1997年の成果をレビューする。新たに設けたW字型ダイバータ(排気付)による熱・粒子制御特性の改善、高性能プラズマの長時間維持、負イオン源中性粒子ビーム入射による非誘導電流駆動と高エネルギー粒子効果の研究等の新規性の高い研究開発結果に加えて、これらの成果を支えている主要な物理研究(輸送、安定性、原子/分子過程等)の進展を報告する。さらに、ディスラプション挙動の理解と制御、各種プラズマパラメータの帰還制御の成果を示すとともに、新たに設けた計測機器による研究の広がりについて報告する。

境界付き固有関数展開によるトカマクプラズマ電流分布の可同定性検討

栗原 研一

JAERI-Research 97-084, 21 Pages, 1997/11

JAERI-Research-97-084.pdf:1.36MB

トカマク・プラズマの制御特性上で最も基本的なプラズマの電流分布を、外部の電磁気計測器だけから同定できるかどうかについては、数値解析上非適切問題となることが知られている。これまでの実験データ解析では電流分布を表す関数形を予め決めておく等の制約条件を課して非適切性を回避し、プラズマ電流分布の再構築を行ってきた。この逆問題に対して、電磁気計測だけからの原理的な可同定性、精度の良否と必要な計測値、非適切性の回避の仕方、等を明確にすることを目的に、解析的解法である「境界付き固有関数展開解法」を考案した。また、可同定性の有無は、ある関数系の独立性と関係していることを示し計算方法を提示した。さらに非適切性の回避に必要な、プラズマ内部の平衡状態から導かれる制約条件等の算出を行った。本報告書は、これら一連の検討結果を記述する。