Improved particle control for high integrated plasma performance in Japan Atomic Energy Research Institute Tokamk-60 Upgrade

竹永 秀信; JT-60チーム

Physics of Plasmas, 8(5), p.2217 - 2223, 2001/05

https://doi.org/10.1063/1.1357827

JT-60Uにおける粒子制御に関する研究の中から、連続入射ペレットによる高閉じ込めプラズマの高密度化、不純物輸送、高リサイクリングダイバータでのヘリウム灰排気・不純物低減について報告する。高磁場側入射ペレットを用いて、グリーンワルド密度の70%において、Hファクター~2を達成した(ペレット無しでは、60%が限界)。ペレット入射特性の解析より、EBドリフト効果によるペレット粒子の大半径方向への移動に関する理論モデルと実験結果が一致することを示した。数種の不純物に対して輸送係数を評価し、負磁気シアプラズマの内部輸送障壁部の輸送係数は、新古典理論値に近く、高pプラズマ及びELMy Hモードでの輸送係数は、乱流理論値に近いことを示した。ダイバータを高リサイクリング状態にすることにより、負磁気シアプラズマにおいて効率的なヘリウム灰排気及び不純物の低減を実現した。しかしながら、同時に閉じ込め性能も劣化しており、高リサイクリングと高閉じ込めとの両立が今後の課題である。

Advanced impurity measurement for deuterium-tritium-burning plasmas using pulsed CO laser collective thomson scattering

Lee, S.; 近藤 貴

Review of Scientific Instruments, 71(10), p.3718 - 3722, 2000/10

https://doi.org/10.1063/1.1311940

本研究ではレーザーを用いた炉心プラズマ内部の先進的不純物計測手法を世界で初めて提案する。さらに核融合反応により生じる粒子がヘリウム灰として残留する割合や重水素-三重水素比等、炉心プラズマの実現と制御に対し重要な物理量の測定手法についても述べる。炭酸ガスレーザー協同トムソン散乱法では、磁場に垂直な方向の散乱光成分はイオンサイクロトロン周波数に共鳴した櫛形のスペクトル分布を持つ。本論文ではITERの不純物として予想されるアルゴン、ベリリウム、ヘリウム灰などを含んだプラズマからの散乱光スペクトルを計算し、共鳴の起こる周期や散乱光スペクトルの強度から不純物の核種と密度が推定可能なことを示した。また実際にプラズマに適応する場合の測定機器に要求される性能等についても言及した。

Removal of helium ash and impurities by using ICRH driven ripple transport

濱松 清隆; C.S.Chang*; 滝塚 知典; 安積 正史; 平山 俊雄; S.Cohen*; 谷 啓二

Fusion Energy 1996, 2, p.683 - 691, 1997/00

イオン・サイクロトロン周波数帯(ICRF)の波動入射によりプラズマ周辺領域におけるヘリウム・イオン又は不純物イオンを加熱し、トロイダル・リップル磁場捕捉粒子とし主プラズマ領域より除去する解析を行った。具体的には、ICRF加熱とリップル磁場効果を取り入れた案内中心軌道追跡モンテカルロ・コードを用いて実形状トカマクの配位で数値シミュレーションを行った。灰排気においては、He(+2)イオンと重水素ガスとの荷電交換によりHe(+1)となったヘリウムが再電離するまでの時間に着目する。プラズマ周辺領域において、ヘリウム・イオンが+1価状態で存在できる時間内にICRF波で磁場に垂直方向に加熱し、粒子を速度空間におけるリップル捕捉領域へ導きリップル損失させることで排気が出来る可能性について、又、不純物イオンも同様の方法で除去が可能であることを発表する。

Divertor diagnostics and physics in the JT-60U tokamak

逆井 章

Fusion Engineering and Design, 34-35, p.45 - 52, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(96)00673-4

JT-60Uでは、種々の計測装置をダイバータ部を観測できるように配置して、ダイバータの物理研究を行っている。ダイバータ研究において、炉心プラズマの定常化に向けて解決すべき、いくつかの重要な課題がある。その主なものは、熱・粒子の制御、排出、ヘリウム灰の輸送、排気、ダイバータ板上での不純物発生機構の解明、ダイバータの放射損失の分光的解明及びダイバータのモデリングである。特に、熱・粒子の制御、排出は、ITER等の実験炉の設計において、熱負荷をどのように許容値まで抑制できるか、問題となっている。このために、JT-60Uダイバータ部を3方向が観測できるように、3つのボロメータアレイを設置し、放射損失を測定している。これにより、高密度放電及び不純物ガスパフにおける遠隔放射冷却の進展、X点付近のMARFEに至る時の放射損失領域の挙動を明らかにした。

TFTRのDT実験,1; DT実験の成果

藤田 隆明; 飛田 健次

プラズマ・核融合学会誌, 71(3), p.214 - 222, 1995/03

https://ci.nii.ac.jp/naid/110003827005

本論文は核融合学会誌小特集「TFTRのDT実験」の一部として、実験に参加したプラズマ実験研究者の目から見た1993年12月から1994年11月までの間のTFTRのDT実験の成果についてまとめたものである。核融合出力の向上についてはリチウムペレットの使用によりスーパーショットの領域を高プラズマ電流へと拡大し、2.7MAにおいて核融合出力10MWを達成した。アルファ粒子の損失についてはMHD不安定性がない場合には即時軌道損失で説明でき、異常な損失はなかった。アルファ粒子圧力に起因するTAE不安定性は今までのところ観測されていない。アルファ粒子が減速して生じるヘリウム灰の輸送が調べられ、核融合炉で懸念されているヘリウム灰の蓄積は観測されなかった。高ポロイダルベータ領域にて高閉じ込めのDTHモードプラズマが得られた。DTプラズマに対するICRF加熱が実証された。

Helium transport and behavior of ELMy H-mode plasmas on JT-60U

逆井 章; 久保 博孝; 細金 延幸; 小出 芳彦; 東島 智*; 杉江 達夫; 清水 勝宏; 嶋田 道也; 辻 俊二

Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.405 - 409, 1995/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(94)00640-7

ITER等の将来のトカマク型核融合炉では、D-T反応で生じるヘリウム灰の制御及び連続的な排出が重要課題となる。ITERでは、閉じ込め改善領域で設計が進められており、ELMのあるHモードはヘリウム灰の効果的な排出が期待でき、自己点火達成と長時間燃焼の観点から注目されている。そこで、JT-60Uにおいて閉じ込め改善度1.5-2.0のELMのあるHモードでヘリウムの輸送、振舞を調べた。ヘリウムビーム入射による中心補給及びヘリウムガスパフによる周辺補給の2通りの方法で、ELMのあるHモードとLモードの比較を行った。空間8chの荷電交換再結合分光法(CXRS)によりヘリウム密度の空間分布とその時間変化を実測し、ヘリウムの輸送係数を決定した。更に、ダイバータ部の分光計測からヘリウム粒子束と重水素粒子束を測定し、Hモード及びLモードにおけるこれらの粒子束とプラズマ中心のヘリウム濃度との関係を解明した。

トカマクにおけるヘリウム灰研究の現状

中村 博雄

プラズマ・核融合学会誌, 69(5), p.403 - 414, 1993/05

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003825829

本解説は、トカマクにおけるヘリウム灰研究の現状について述べた。DT核融合炉では、核融合反応に伴ない、3.5MeVのヘリウム粒子が生成される。この粒子は、燃料粒子の加熱後に、エネルギーを失ないヘリウム灰となる。核融合燃焼を維持するには、プラズマ中のヘリウム灰含有率を約10%に制御する必要がある。ヘリウム灰の模擬実験が、JT-60やDIII-D等のトカマク装置で実施され、ITERの設計に必要なデータが出つつある。また、ヘリウム灰の制御や排気を改善するための基礎研究も行なわれている。プラズマの不安定性に伴なう粒子排出の利用、パラジウム膜による選択排気等が検討されている。ヘリウム排気ポンプは、アルゴンガス凝縮層方式クライオポンプや大容量ターボ分子ポンプ開発が行なわれている。ITERでは、300m/sから700m/sの排気容量が必要である。

Helium ash exhaust studies with core fueling by a helium beam; L-mode divertor discharges with neutral-beam heating in the JT-60 tokamak

中村 博雄; 平山 俊雄; 小出 芳彦; 飛田 健次; 谷 啓二; 福田 武司; 久保 博孝; 栗山 正明; 草間 義紀; 逆井 章; et al.

Physical Review Letters, 67(19), p.2658 - 2661, 1991/11

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.2658

核融炉におけるヘリウム灰を模擬しているヘリウムビーム入射を行い、JT-60のNB加熱がダイバータ実験でヘリウム灰排気実験を実施した。NB加熱パワー10MW、プラズマ電流1MAの条件で、ヘリウムおよび水素中性粒子圧力の電子密度依存性を調べ、両方の圧力ともに電子密度の3乗に比例して増大することを明らかにした。また、ダイバータ部のヘリウム濃度の指標となるヘリウム濃縮係数は、0.25~0.5であり、電子密度に比例して増大することを明らかにした。このことは、高密度放電を行えば効率の良いヘリウム灰排気が可能であることを意味している。Lモードプラズマの場合、JT-60の実験結果を用いて核融合出力が1GWの炉で必要とされるヘリウム灰排気速度は、数十m/sと予想される。Hモード等の高閉じ込めモードの実験は、今後の重要課題である。

JT-60における粒子閉じ込め特性とヘリウム灰排気輸送実験

中村 博雄; 辻 俊二; 清水 勝宏; 平山 俊雄; 細金 延幸; 吉田 英俊; 飛田 健次; 小出 芳彦; 西谷 健夫; 永島 圭介; et al.

核融合研究, 65(SPECIAL ISSUE), p.261 - 285, 1991/03

本報告は、JT-60の外側ダイバータおよび下側ダイバータ実験で行なった、粒子閉じ込め特性とヘリウム灰排気輸送に関する結果をまとめたものである。外側ダイバータ実験で、粒子閉じ込め時間やリサイクリング率の測定を行なった。また、ポンプリミタやダイバータ室粒子排気装置により、粒子排気特性を実証した。電子密度610mの放電を行い、20MWのNBI加熱による補給粒子(3Pam/s)を、ダイバータ排気装置で排気可能であることを示した。下側ダイバータ実験では、ヘリウムNBによりプラズマ中心領域への粒子補給を行い、10MWのNB加熱放電で、ヘリウム灰排気特性を調べた。その結果、高密度放電によりヘリウム灰排気が軽減されることを明らかにした。ヘリウム輸送は、電子よりも異常な内側ピンチが大きいことを示した。

Data on Collisions of Helium Atoms and Ions with Atoms and Molecules(II); Cross Sections for Charge Transfer of He, He, He and He with He, Ne, Ar, Kr and Xe

中井 洋太; 菊地 昭*; 白井 稔三; 左高 正雄

JAERI-M 84-069, 135 Pages, 1984/04

JAERI-M-84-069.pdf:1.88MB

この報告書では、He,He,HeおよびHeとHe,Ne,Ar,KrおよびXeなどの希ガスの電荷移動断面積の実験データを収集したものである。すなわち、上述の過程の1983年末までに発表された文献を調べ、その結果をまとめたものである。断面積の値を入射粒子のエネルギーの関数としてグラフおよび数値表の形にまとめ、これに文献リストを付している。