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東郷 訓*; 滝塚 知典*; 中村 誠; 星野 一生; 小川 雄一*
Journal of Nuclear Materials, 463, p.502 - 505, 2015/08
被引用回数：9 パーセンタイル：60.64(Materials Science, Multidisciplinary)仮想ダイバータモデルと非等方イオン温度を導入した1D SOL-ダイバータプラズマシミュレーションコードを開発した。非等方イオン温度を導入することにより、運動量輸送方程式の2階微分イオン粘性項を排除できた。その結果として、ダイバータ板での境界条件は不要となった。ダイバータとシースを模擬するために、仮想ダイバータモデルを導入した。これは粒子、運動量、エネルギーについての人為的なシンク項として記述する。仮想ダイバータモデルの導入により、数値計算上取り扱いが容易な周期境界条件の適用が可能になった。このモデルを用いて、ボーム条件を満足するようなSOL-ダイバータプラズマをシミュレートすることができた。イオン温度の非等方性の規格化平均自由行程への依存性、Braginskii形式のイオン粘性の妥当性についても調べた。
石井 康友; 安積 正史*; Smolyakov, A. I.*
Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1243 - 1248, 2006/12
被引用回数：1 パーセンタイル：3.54(Physics, Fluids & Plasmas)本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その詳細過程は未解明である。これまでの理論的予測では、プラズマ流が存在すると、磁気島を形成するための外部摂動の臨界値が存在し、その臨界値が抵抗値及び粘性値に依存すると考えられていた。本研究では数値シミュレーションにより、現実のトカマク放電のパラメータ領域近傍では、この臨界値が抵抗値には依存するが、粘性値にはほぼ依存しないことを明らかにした。また、流れのあるプラズマ中でのこのような磁気島の成長には、散逸依存領域と散逸非依存領域が存在することを見いだした。
朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 櫻井 真治; Porter, G. D.*; Rognlien, T. D.*; Rensink, M. E.*; 清水 勝宏; 東島 智; 久保 博孝
Nuclear Fusion, 44(4), p.503 - 512, 2004/04
被引用回数：73 パーセンタイル：89.68(Physics, Fluids & Plasmas)境界層(SOL)におけるプラズマ流は粒子排気や不純物制御へ影響し、その発生機構の解明とダイバータ・プラズマへの影響の評価が求められている。本論文は、プラズマ流の方向や速度を2か所での測定結果から明らかにするとともに、ダイバータへ輸送される粒子束を、強磁場側と低磁場側で初めて定量的に評価した。さらに、ドリフト効果を導入したSOLプラズマ・シミュレーション計算(UEDGE)を行い、測定された流速分布や逆流の発生などの現象が、定性的に再現されることを見いだした。さらに、プライベート部におけるドリフト流による粒子束も評価し、ダイバータ粒子束の内外非対称性が発生する原因であることを明らかにした。実験炉ITERにおけるダイバータ設計の最適化のために、ドリフト効果の検討が必要であることを示唆した。さらに、ガスパフとダイバータ排気を行う際、高磁場側でのSOL流と粒子束が増加することにより、主プラズマ中の不純物イオンを低減することを初めて明らかにした。
朝倉 伸幸; 櫻井 真治; 伊丹 潔; 内藤 磨; 竹永 秀信; 東島 智; 小出 芳彦; 坂本 宜照; 久保 博孝; Porter, G. D.*
Journal of Nuclear Materials, 313-316, p.820 - 827, 2003/03
被引用回数：36 パーセンタイル：89.58(Materials Science, Multidisciplinary)プラズマ流の方向や速度は、粒子排気や不純物制御へ影響するため、その発生機構の解明とダイバータ・プラズマへの影響の評価が求められている。本論文は、トカマク強磁場側でのプラズマ流測定を含む3か所での測定結果から、プラズマ流の方向や速度を明らかにするとともに、ドリフト運動の影響を評価した。(1)強・弱磁場側SOLにおいてダイバータへ向かう粒子束を、磁力線に沿う流れとドリフトによる流れを考慮して定量的に評価した。さらに、プライベート部におけるドリフト流による粒子束も評価し、この粒子束がダイバータでの粒子束の内外非対称性の発生に寄与することを明らかにした。(2)大量ガスパフとダイバータ排気により、主プラズマ中の不純物イオンを低減できると考えられているが、SOL流と粒子束の変化を、強・弱磁場側で評価した。特に、強磁場側の密度が増加し、ダイバータへの粒子束が増加することを明らかにした。このため、遮蔽効果が改善されると思われる。(3)新たに、ドリフト効果をSOLプラズマ・シミュレーション計算(UEDGE)に導入し、プラズマの逆流などが発生することを見いだした。
Porter, G. D.*; Rognlien, T. D.*; Rensink, M. E.*; Loarte, A.*; 朝倉 伸幸; 竹永 秀信; Matthews, G.*; Contributors to JET-EFDA Workprogramme*
Journal of Nuclear Materials, 313-316, p.1085 - 1088, 2003/03
被引用回数：24 パーセンタイル：81.86(Materials Science, Multidisciplinary)周辺プラズマにおけるプラズマ流の方向と速度は、ダイバータにおけるプラズマ粒子束の非対称性や不純物イオンの遮蔽効果に大きく影響し、現在はドリフト運動の寄与が大きいと考えられるようになった。2次元流体プラズマ・シミュレーションコード(UEDGE)にドリフト運動の効果を導入し、DIII-D, JET, JT-60Uの周辺プラズマにおけるプラズマ流を計算した。おもにJT-60UのLモードプラズマをモデル化した計算結果では、ドリフト運動により輸送されるプラズマ粒子束は、磁力線方向に輸送されるSOL流の粒子束よりも大きい。また、プライベート部を内側ダイバータへ輸送される粒子束も大きく、内側ダイバータでの粒子束が大きくなる現象を説明可能である。さらに、炭素イオンの輸送に関して、ドリフト効果を導入し計算した結果、プライベート部を内側ダイバータへ輸送され、内側ダイバータでの炭素量が増加する結果を得た。
朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 仲野 友英; 東島 智; 久保 博孝; 竹永 秀信
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
ガスパフを行う位置は、周辺及びダイバータ・プラズマの密度や温度を制御するために重要な要素である。JT-60Uトカマクで主プラズマの上側及びダイバータ部からガスパスを行い、マッハプローブを使用して、プラズマ密度と流速を高磁場及び低磁場側境界層で測定した結果を示す。ダイバータ排気と同時に、主プラズマの上側からガスパフを行った場合、特に高磁場側の境界層で密度と流速が増加する。この際、主プラズマ中の不純物イオンの量が減少した。実験データの解析から、ダイバータへ向かうイオン粒子流による不純物への摩擦力が、高磁場側で2-3倍程度増加したことがわかり、遮蔽効果が向上したと考えられる。さらに、これらの実験で測定したプラズマ分布をもとに、不純物輸送コードを使用し、ダイバータから発生する不純物イオンの輸送解析を行った。その結果と測定した不純物イオンの発光データとを比較し、ダイバータにおけるプラズマ流の増加と不純物輸送への影響について議論する。
朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 櫻井 真治; 逆井 章; 玉井 広史; 清水 勝宏; Porter, G. D.*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(10), p.2101 - 2119, 2002/10
被引用回数：20 パーセンタイル：54.51(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uでは、プライベート領域から排気を行うW型ダイバータを利用して、粒子制御実験を行っている。両側排気実験では、外側排気溝を塞いだ内側排気実験と比較し、粒子排気量が低下する傾向が見られた。この理由として、両側排気ダイバータではドーム下の共通排気溝をとおり、外側の排気溝からのリークが考えられる。非接触ダイバータでは、粒子排気量は内側排気実験と同程度に増加する。内外リサイクリングの非対称性が大きい場合、内外排気溝における圧力を均等にする運転あるいは、排気設備の内外分離が望まれる。マッハ・プローブ測定により、主プラズマ周辺部のプラズマの流れが明らかになった。プラズマ流の発生機構は、トーラス形状におけるイオン・ドリフトを考慮すると説明できる。新たに高磁場側(内側)境界層でマッハプローブにより、内側ダイバータ方向へのプラズマ流を測定した。低磁場側境界層から高磁場側への磁力線に沿うプラズマ流の存在を見いだし、ドリフト効果の可能性を検討中である。この効果の導入により、ダイバータプラズマの実験結果をより定量的に説明できることが期待され、ダイバータ設計の最適化に寄与できると考える。
朝倉 伸幸; 櫻井 真治; 内藤 磨; 伊丹 潔; 三浦 幸俊; 東島 智; 小出 芳彦; 坂本 宜照
Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(5A), p.A313 - A321, 2002/05
被引用回数：22 パーセンタイル：57.23(Physics, Fluids & Plasmas)核融合炉のダイバータにおける照射エネルギー,時間,及び幅を予測するために、特にELM発生後に放出されダイバータ板に到達する熱・粒子束の輸送過程について、解明する必要がある。本発表では、ELMy Hモードプラズマにおいて、ELM発生直後、磁力線方向に発生するプラズマ流を、トカマク装置では初めて3箇所(外側赤道面,ダイバータX点及び内側バッフル上)のポロイダル位置に設置したマッハプローブで同時測定した結果を示す。X点下の外側ダイバータで測定したプラズマ流速は、ELM発生後、100-200
s間のみマッハ速度1(イオン音速)程度に増加する。また、増加が観測されたSOL幅はセパラトリクスから1-1.5cm(赤道面の磁気面へマッピング)外側に限られた。高速赤外カメラで、熱流束の急速な増加を観測したが、熱流の照射時間は、カメラの時間分解能程度(250s)であり、熱流束の幅は、1cm程度であった。この結果から、多くが熱流束はプラズマ対流輸送によることを明らかにした。これに対し、内側境界層においては、ELM直後ダイバータへの高速のプラズマ流が観測されず、むしろ流れの逆転が観測された。今後、予行過程の理解が必要である。
朝倉 伸幸; Loarte, A.*; Porter, G.*; Philipps, V.*; Lipschultz, B.*; Kallenbach, A.*; Matthews, G.*; Federici, G.*; Kukushkin, A.*; Mahdavi, A.*; et al.
IAEA-CN-94/CT/P-01, 5 Pages, 2002/00
実験炉ITERダイバータ設計と運転に関する重要な以下の3つの物理課題について、既存装置(JET, JT-60U, ASDEX Upgrade, DIII-D, Alcator C-Mod and TEXTOR)の実験データやシミュレーション解析から得られた成果についてまとめた。(1)タイプ1ELMの熱負荷により、ダイバータ板の運転寿命が決まる可能性がある。ELM熱負荷のスケーリングモデルを決める物理ベースを理解するため、ELM熱流と粒子流の輸送過程に関する最新のデータから、各装置において対流熱輸送過程(convective transport)が重要であることを明らかにした。(2)境界層(SOL)におけるプラズマ流に関する各装置のデータと、ドリフト効果を導入したSOLプラズマ・シミュレーション(UEDGE)の計算結果が定性的に一致することを見いだした。ITERにおけるダイバータ設計の最適化のために、ドリフト効果の検討が必要であることを示唆した。(3)各装置における炭素ダイバータ板の化学損耗率のデータから、その表面温度,入射粒子束,吸着層の状態に関する依存性をまとめた。
朝倉 伸幸; 櫻井 真治; 嶋田 道也; 小出 芳彦; 細金 延幸; 伊丹 潔
Physical Review Letters, 84(14), p.3093 - 3096, 2000/04
被引用回数：65 パーセンタイル：87.76(Physics, Multidisciplinary)ダイバータ・トカマクJT-60Uにおいて、プラズマ分布と磁力線方向のプラズマ流をスクレイプ・オフ層(SOL)の2か所(赤道面、X点付近)において、可動静電プローブ(マッハ・プローブ)で計測した。プラズマ密度とプラズマ電流/トロイダル磁場の方向を変えた実験を行った結果、トロイダル磁場が順方向(イオン磁場勾配ドリフトがダイバータ方向)の場合のみ、主プラズマ周辺部でプラズマ流が逆流する現象を観測した。実験データ解析の結果、これまで考えられていたプラズマ流モデルと異なり、プラズマ・ドリフトにより発生する磁気面上での圧力差を均等化するために、磁力線方向に逆流が発生する(Pfirsh-Schluter flow)モデルで説明できることを初めて示した。このイオン・ドリフトによるSOL流への効果は、これまでシミュレーション等に取り入れられておらず、SOL/ダイバータ領域における粒子輸送解析やダイバータ設計の最適化に重要であることを指摘した。
朝倉 伸幸; 櫻井 真治; 細金 延幸; 嶋田 道也; 伊丹 潔; 小出 芳彦; 内藤 磨
Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1983 - 1994, 1999/11
被引用回数：50 パーセンタイル：80.84(Physics, Fluids & Plasmas)ダイバータ板上流のスクレイプオフ(SOL)層でのプラズマ分布を測定するため、重要な4ヶ所(赤道面、X点・内外ダイバータ板上)に静電プローブを設置した。特に、赤道面とX点付近に取り付けたマッハプローブで、それぞれの場所でのプラズマ流速を評価した。(1)W型ダイバータでは、中性粒子をストライク点付近に効率的に集め、低温高密度ダイバータを生成しやすくできる。(2)トロイダル磁場の方向により、主プラズマ周辺部での磁力線に沿うプラズマ流が逆転する現象を観測し、それが磁気面上での圧力を均等化するために発生することを、初めて証明した。また高閉込めモード(ELMyHモード)中で、その流れが断続的に発生することを初めて観測した。(3)ダイバータX点付近のセパラトリクス付近でのプラズマ流が、磁場の方向により逆転することを初めて観測し、それが(2)とほぼ同じ原理で発生することを初めて提案する。これは、内外ダイバータでの粒子の非対称性の発生を理解する有力な測定結果となる。
佐々木 明; 内海 隆行*; 田島 俊樹*; 宅間 宏*
Computational Fluid Dynamics Journal, 8(1), p.142 - 148, 1999/04
X線レーザーの短波長、高効率化のためには、高温・高密度の媒質プラズマの最適化が必要である。われわれは1次元流体シミュレーションと簡易原子過程コードとを組合せ、利得媒質となるNi様イオンを効率的に生成するために薄膜ターゲットを短パルスレーザーで照射する過渡的励起法が有効なことを明らかにした。しかし、プラズマ中に発生するX線利得の空間分布の時間発展を求め、X線レーザーの出力、パターン、コヒーレントを求めるには原子過程を含む2次元流体シミュレーションが不可欠となる。そこで、われわれはCIP法を用い、高温プラズマ中の非線形熱伝導を含む2次元プラズマ流体コードをIntel Paragon上でMPIライブラリを用いて並列化し、784PEを用い490倍の加速率を得た。さらに薄膜ターゲットから生成するプラズマの2次元的膨張の解析に応用した。
朝倉 伸幸; 細金 延幸; 伊丹 潔; 逆井 章; 櫻井 真治; 嶋田 道也; 久保 博孝; 東島 智; 清水 勝宏; 竹永 秀信; et al.
Journal of Nuclear Materials, 266-269, p.182 - 188, 1999/00
被引用回数：66 パーセンタイル：96.68(Materials Science, Multidisciplinary)JT-60Uにおけるオープン型ダイバータからW型ダイバータへの形状変化によるデタッチメントの発生とエネルギー閉じ込め特性への効果について調べた。(1)ダイバータ・デタッチメント時のプラズマ測定を精度よく行い、同じ主プラズマ密度でも、ダイバータで密度が増加し、温度から5eV程度まで低下することを観測した。(2)周辺部でのプラズマ流の方向について大型トカマクでは初めて測定した。放射損失分布の内外非対称性か、プラズマ流の方向に関係することを明らかにした。(3)ダイバータ部での粒子リサイクリングはW型が大きく、主プラズマ周辺部の粒子リサイクリングは、1/2程度に低下していることを観測した。ダイバータ部からの粒子の逆流を低減できた。(4)密度増加に伴いELMy Hモードの閉じこめ改善度は依然と同様低下する。W型改造により周辺部での中性粒子密度を1/2~1/3に低下できたが、閉じこめ改善効果は少ない。今後、ダイバータ部からの逆流やバッフル部からの粒子源を減少させることが必要である。
朝倉 伸幸; 櫻井 真治; 細金 延幸; 嶋田 道也; 伊丹 潔; 小出 芳彦; 内藤 磨
Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1983 - 1994, 1999/00
JT-60Uで、デタッチ・ダイバータ生成機構やプラズマ流の発生機構を研究するために、SOL/ダイバータ領域の4ヶ所(赤道面、X点付近、内外ダイバータ板上)で静電プローブ計測を行った。特に、赤道面とX点付近に取り付けたマッハ・プローブで、磁力線に沿うプラズマ流を評価した。2ヶ所での流速計測のデータベースは少なく、大型トカマクでは初めてである。結果:(1)W型ダイバータでは、中性粒子をストライク点付近に効率的に集め、ダイバータ・デタッチメントがW型の方が開放型ダイバータより20%低い主プラズマ密度で発生する。(2)トロイダル磁場が順方向の場合、主プラズマ周辺部でプラズマ流が逆流する現象を観測し、解析の結果、磁気面上での圧力を均等化にするために逆流が発生するモデルを示した。(3)ダイバータX点付近で、プラズマ流がトロイダル磁場の方向により逆流することを観測した。これまでシミュレーション等には取り入れてなかったプラズマのイオン・ドリフトによる効果が、SOL/ダイバータ領域における粒子輸送に関係することを指摘した。
前田 満*; 上原 和也; 雨宮 宏*
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 36(11), p.6992 - 6993, 1997/11
被引用回数：6 パーセンタイル：36.78(Physics, Applied)トカマクプラズマの輸送の解明には、周辺プラズマのイオンの振る舞いや流れが重要な鍵を握ると言われている。そのような観点から、周辺プラズマのイオン温度に関する情報と流れの情報を同時に計測することは重要である。今回、非対称ダブルプローブ法を拡張させることにより周辺プラズマのイオン温度とプラズマの流れを同時に計測できるようにした。イオン温度は非対称円筒ダブルプローブを磁場中で回転させ、プローブ円筒軸が磁力線に平行になった位相での両電極のイオン飽和電流の比からイオン温度を求める。プラズマの流れは位相が垂直になった場合のデータを解析することによって求める。このようなイオン温度とプラズマの流れの同時計測は今後周辺プラズマの解明に役立つものと考えられる。
前田 満*; 上原 和也; 雨宮 宏*
Proc. of 24th European Physical Society Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics, 21A, p.709 - 712, 1997/00
トカマク周辺領域では、プラズマ輸送に対してイオン温度は重要な因子となる。われわれはこれまでJFT-2Mにおいて、おもに非対称ダブルプローブ法により周辺プラズマの温度計測を行ってきた結果、イオン温度が電子温度よりも上回ることを明らかにした。本方法は、非対称ダブルプローブを磁場中で回転させプローブ円筒軸が磁力線に平行になった位相での両電極のイオン飽和電流の比からイオン温度を求めるものである。今回、位相が垂直になった場合のデータを解析することによって、周辺プラズマのイオンの流れに関する知見が得られ、プラズマ流速の計測にも適用範囲を拡張できた。このようなプラズマの流れはその程度に依存してイオン輸送や周辺プラズマに影響を与えることが予想され、周辺プラズマの解明に役立つものと考えられる。
B.M.Annaratone*; 荘司 昭朗; 前田 彦祐; 大舘 暁*; 玉井 広史; JFT-2Mグループ
Nuclear Fusion, 34(11), p.1453 - 1459, 1994/00
被引用回数：5 パーセンタイル：24.25(Physics, Fluids & Plasmas)JFT-2Mにおいてスクレイプオフ層のプラズマ流束および電磁力を回転する静電プローブ(マッハプローブ)で測定した結果について報告する。測定は、ジュール加熱、Lモード、Hモードおよびダイバータバイアス有/無の場合について行った。プラズマ流束の径方向分布だけでなく、磁気面上での磁力線に対する角度依存性の分布も得ることができた。
田中 正俊
核融合研究, 18(1), p.1 - 11, 1966/00
カスプ磁場におけるプラズマのふるまいを理解する手がかりとして、そこでの荷電粒子の運動がしらべられている。前論文で磁場中へのうすいプラズマの膨脹の問題が自由粒子近似でとかれ、例として強さが軸方向にゆっくり変化する軸対称磁場にたいして、プラズマの膨脹過程がWKB法によりやや詳しく検討された。しかし弱い磁場領域の存在するカスプ磁場にたいしては、 WKB法は適用できない。
井上 堅司; 森 茂; 田中 正俊
核融合研究, 14(5), p.510 - 520, 1965/00
同軸型プラズマ・ガンでつくられるプラズマ流の中には、各種の不純物が混入しているものと思われるが、特にガンの電極材料の銅と拡散ポンプの油が主なものと考えられる。これらの不純物の検出のため、時間分解分光測定により、CuII2192,CuII2247,CII4267等不純物イオンの放出するスペクトル線の観測によりその振舞いを調べた。また、HeII4686との同時測定により、プラズマ・ガンの運転条件によるCuII2192,CuII2247等とHeII4686との線強度比の変化を調べた。
河島 信樹
核融合研究, 15(4), p.413 - 419, 1965/00
イオン温度の測定には現在、分光測光が主として用いられているが、ドプラー効果を利用したこの方法は、密度の大きい所ではシュタルク効果と重り現象が複雑になり、又密度の低い所では、光量が十分でない為に測定出来ない場合が多い。特に電離層附近のプラズマに関しては、イオン温度は殆んど知られていないと云ってよい。
