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竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 久保 博孝; 木島 滋; 仲野 友英; Porter, G.*; Rognlien, T.*; Rensink, M.*
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.7, p.35 - 39, 2006/00
不純物入射により放射損失が高められたJT-60Uの高
ELMy Hモードプラズマにおける不純物輸送のモデル化を行った。不純物入射による放射損失増大は、核融合炉において、ダイバータ板への熱負荷を低減するために有効な手法であると考えられている。主プラズマでの不純物輸送は1次元輸送コードを用い、ダイバータ及びスクレイプオフ層では2次元の流体コードUEDGEを用いた。主プラズマでは、入射されたアルゴンからの放射損失分布が中心領域でピーキングしているのに対して、もとから装置内に存在する炭素からの放射損失分布は周辺領域に局在している。UEDGEコードによる不純物輸送モデリングからは、ダイバータ及びスクレイプオフ層においては、炭素からの放射損失がアルゴンからの放射損失より大きいことが示された。主プラズマにおけるモデル化により評価された放射損失分布は、測定結果よりピーキングした分布となっている。また、UEDGEコードにより評価されたダイバータでの放射損失分布は測定結果と矛盾しないが、絶対値は2倍程度小さな値となっている。
竹永 秀信
プラズマ・核融合学会誌, 79(8), p.790 - 804, 2003/08
トロイダルプラズマにおける粒子輸送解析手法についてまとめたものである。粒子束を拡散項と対流項の和で表す粒子輸送モデルを導入し、それらの特性を表す粒子拡散係数と対流速度を評価するために必要な実験手法及び解析手法について説明した。まず最初に、プラズマ内の粒子バランスについて述べ、粒子輸送モデルを説明した。さらに、そのモデルを用いて、簡単な場合の密度分布について考察し、粒子拡散係数と対流速度及び粒子源分布によりプラズマ密度分布が決定されていることを示した。次に、粒子輸送解析に必要な粒子源の評価について、水素原子密度測定法とプラズマ中の水素原子・分子挙動をモデル化したモンテカルロ法によるシミュレーションを組み合わせた解析手法を説明した。これらをもとに、粒子拡散係数と対流速度の導出方法について、解析例を示しながら密度勾配と粒子束の関係を用いた手法,電子密度分布の時間発展計算による手法、及び定常解と摂動法を組み合わせた手法を説明した。また、不純物輸送に関しても、不純物ガスパフ変調法と不純物密度分布の時間発展計算による手法について説明した。
竹永 秀信; 久保 博孝; 東島 智; 朝倉 伸幸; 杉江 達夫; 木島 滋; 清水 勝宏; 仲野 友英; 伊丹 潔; 逆井 章; et al.
Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.327 - 356, 2002/09
被引用回数：10 パーセンタイル：15.15(Nuclear Science & Technology)JT-60Uでは、開ダイバータ及びより先進的なW型ダイバータにおいて高パワー加熱条件下での熱・粒子制御に関する研究を行ってきた。熱・粒子制御は、(1)ダイバータ板への熱負荷低減、(2)主プラズマの密度制御、(3)ヘリウム排気、(4)不純物低減の観点から重要である。本論文では、JT-60Uのこれまでの研究成果に関して、(1)-(4)に着目して報告する。(1)スクレイプオフ層及びダイバータでの熱・粒子輸送の理解をもとに放射損失ダイバータを開発してきた。これは、ITERのダイバータ設計に大きく貢献した。不純物入射により、高密度・高放射損失・高閉じ込めを得た。(2)粒子閉じ込め時間のスケーリングを中心・周辺供給粒子の2つの閉じ込め時間を用いて導出した。また、高磁場側ペレットを用いて、高閉じ込めが得られる密度領域を拡大した。(3)W型ダイバータにおいて、ITERでの要求値を満足するヘリウム排気性能を実現した。(4)パフ&ポンプ効果により主プラズマ内の不純物を低減出来ることを示した。
の発生を考慮して化学スパッタリング率を導出した。また、不純物輸送コードの開発を行い、実験結果をよく再現できることを示した。
竹永 秀信; JT-60チーム
Physics of Plasmas, 8(5), p.2217 - 2223, 2001/05
被引用回数：44 パーセンタイル：76.96(Physics, Fluids & Plasmas)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、E
B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。
石島 達夫*; 久保 博孝; 嶋田 道也; 木島 滋; 東島 智; 細金 延幸; 逆井 章; 伊丹 潔; 杉江 達夫; JT-60チーム
Plasma Physics and Controlled Fusion, 41(9), p.1155 - 1166, 1999/09
被引用回数：13 パーセンタイル：42.45(Physics, Fluids & Plasmas)ダイバータ改造後に行った放射ダイバータ実験において、ネオンガスパフを用いた時のネオン不純物の挙動、放射損失を解析した。ダイバータ領域におけるネオンスペクトルの同定を行い、3価イオンから7価イオンまでのスペクトルを確認した。これらのスペクトルによる放射損失を評価し、ボロメータによる放射損失と比較検討を行った。また、ダイバータ排気を止めることにより、局所的に放射損失が高い領域(MARFE)が形成され、6価より高い価数のネオンの発光強度のみが上昇することを確認した。このことは、ダイバータ排気を止めたことにより、プラズマ流速及び摩擦力が減少し、温度勾配により不純物が上流に向かって移動していると考えられる。
竹永 秀信; 逆井 章; 小出 芳彦; 坂本 宜照; 久保 博孝; 東島 智; 及川 聡洋; 白井 浩; 藤田 隆明; 鎌田 裕
プラズマ・核融合学会誌, 75(8), p.952 - 966, 1999/00
JT-60Uの負磁気シア及びELMy Hモードプラズマでの粒子輸送を、数種の不純物に対して解析した。まず、ガスパフの変調入射実験からネオン及びヘリウムの粒子輸送係数を求めた。さらに密度勾配と粒子束の関係から、負磁気シアプラズマの内部輸送障壁での炭素の粒子輸送係数を評価した。求めた粒子輸送係数を用いて不純物密度分布の時間発展を再現できることを示し、評価の妥当性を確認した。求めた粒子輸送係数の比較から、負磁気シアプラズマの内部輸送障壁での粒子輸送について以下の結果を得た。(1)EMLy Hモードプラズマに比べて粒子拡散係数が一桁程度小さいこと。(2)不純物の種類によらず粒子拡散係数はほぼ同じ値である。(3)内向き対流速度は、高い電荷数を持つ粒子のほうが大きい傾向にある。
清水 勝宏; 細金 延幸; 滝塚 知典; 嶋田 道也; 辻 俊二; 久保 博孝; 杉江 達夫; 朝倉 伸幸; 伊丹 潔; 竹永 秀信*; et al.
IAEA-CN-60/D-P2, 0, p.431 - 439, 1996/00
核融合炉のデザインで大きな問題となっているダイバータ板への熱負荷低減の方法の一つは、高密度低温ダイバータ・プラズマによる遠隔放射冷却である。しかし、そうしたプラズマにおいて、不純物による放射損失が局所的にX点近傍で増大し、MARFEを引き起こし、時にディスラプションを誘起する。従って、MARFEを生じることなく、高密度低温ダイバータ・プラズマを形成する条件を明らかにする必要がある。本論文では、モンテカルロによる不純物輸送のモデリングを行い、それを用いてJT-60Uの高密度プラズマにおける不純物の挙動を調べた。高密度プラズマになると、ダイバータ板近傍のイオン温度減少によって、それまでの不純物発生の主因であった物理スパッタが減少する。一方、private領域への中性粒子のフラックス増大によって、化学スパッタでメタンが発生し、これが直接主プラズマに混入することを明らかにした。
清水 勝宏; 久保 博孝; 滝塚 知典; 安積 正史; 嶋田 道也; 辻 俊二; 細金 延幸; 杉江 達夫; 逆井 章; 朝倉 伸幸; et al.
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.410 - 414, 1995/00
被引用回数：51 パーセンタイル：96.73(Materials Science, Multidisciplinary)ダイバータプラズマ中での不純物輸送の機構解明を目的として、モンテカルロ技法を用いた2次元不純物輸送コードを開発した。不純物の各電離状態の密度分布を求め、放射分布や可視線スペクトルの強度を計算し、測定データと比較する。ダイバータプレートや壁からの不純物の発生メカニズムや不純物のシールド効果、輸送について調べた。シミュレーションは、JT-60Uのダイバータプラズマ中の炭素不純物に対して行った。主プラズマ中での不純物の混入量は、nc/ne1.5%程度で、実験データの~2%と比較的良く一致している。イオンのthermal forceによって、発生不純物のうち20%が主プラズマへ混入する。このthermal forceがないとすると、電場や摩擦力によって、それは、1.5%程度である。不純物のシールド効果は、イオンの温度勾配に強く依存する事が明らかになった。
嶋田 道也; 辻 俊二; 細金 延幸; 二宮 博正
Atomic and Plasma-Material Interaction Processes in Controlled Thermonuclear Fusion, p.319 - 325, 1993/00
次期装置において不純物制御は、現在運転中の大型装置においてより深刻な問題である。そのため大型装置において低温高密度ダイバータ、粒子制御、遠隔放射冷却、熱制御、ヘリウム排気、不純物の発生、遮蔽、輸送などの研究を進めることが重要である。そのためには、不純物の原子データや壁材のスパッタリングのデータ等の整備が不可欠である。特に、定常DT運転で有望視されているタングステン等の重金属、放射冷却や不純物輸送において重要なmedium-Z元素の低電離イオンについては整備が遅れているので、これらを重点的に整備することが望ましい。
嶋田 道也
Fusion Engineering and Design, 15, p.325 - 341, 1992/00
被引用回数：17 パーセンタイル：81.27(Nuclear Science & Technology)不純物輸送の研究の現状をまとめた。(1)ジュール加熱及びNBI,RF加熱のLモードにおいては異常輸送が支配的であり、不純物の中心への集中は起こらない。輸送係数Dは0.5-2.0の間の値をとり、パラメータ依存性、輸送機構は未解明である。(2)ペレット入射、逆方向NB入射、高q放電などで鉅歯状振動が抑制されると、不純物が中心に集中する。(3)Hモードでは異常輸送が抑制され、不純物が中心に集中することがある。これは重要な課題である。ELMやエルゴード磁場によって不純物を低減できるという結果(JFT-2MとDIII-D)はこの点注目に値する。(4)今後は不純物輸送の系統的なパラメータ依存性、Hモード中の集中の緩和とともに、ダイバータ及びSOL層での不純物輸送と制御が重要な課題である。
逆井 章; 小出 芳彦; 久保 博孝; 杉江 達夫; 嶋田 道也; 平山 俊雄; 朝倉 伸幸; 河野 康則; 細金 延幸; 中村 博雄
Journal of Nuclear Materials, 196-198, p.472 - 475, 1992/00
被引用回数：3 パーセンタイル：35.32(Materials Science, Multidisciplinary)JT-60Uにおいて、主な不純物である炭素及び酸素の密度分布を荷電交換再結合分光法(CXRS)により測定した。接線方向に視野をもつCXRS計測により、炭素、酸素の完全電離イオンの径方向分布が測定できる。CXRSでは、絶対感度較正の結果及び中性粒子ビームの密度分布、CVI529.0nm(n=8-7)、OVIII606.8nm(n=10-9)に対する衝突過程による励起速度係数から不純物密度分布が得られる。プラズマ電流I
=2MA、B
=4T、NB加熱パワーP
=20MWの典型的な重水素プラズマでは、C
の密度分布は中心ピークの分布で、時間的にゆっくりとピーキングしているのが観測された。この結果は、輸送係数のピーキングパラメータCvが0.5から1.0に変化していることを示す。拡散係数D
は、荷電交換再結合放射光の時間変化を解析して得られている。鋸歯状振動、ELMが発生している時のDを解析して議論する。
杉江 達夫; 久保 博孝; 逆井 章; 小出 芳彦; 平山 俊雄; 嶋田 道也; 伊丹 潔; 河野 康則; 西谷 健夫; 永島 圭介; et al.
核融合研究, 65(SPECIAL ISSUE), p.287 - 306, 1991/03
JT-60は、第1壁の材料を金属から炭素に変え、プラズマの配位についてもリミッター、外側X点閉ダイバータ、下側X点開ダイバータ配位での高加熱入力実験を行ってきた。これら第1壁及び配位の違いによる不純物の特性について調べた結果、酸素不純物の少ない、金属第1壁の外側X点閉ダイバータ配位でのプラズマが一番不純物が少なかった。また、高密度領域では、ダイバータ部での炭素、水素からの放射冷却により、ダイバータ板への熱流束が低減された。プラズマ中の不純物輸送については、Lモードの中性粒子加熱プラズマでは、異常輸送が支配的であり、不純物のプラズマ中心への集中は観測されなかった。ただし、ペレット入射プラズマでは、電子密度が中心ピークした時に、不純物のプラズマ中心への集中が観測された。
小川 宏明; 河西 敏; 玉井 広史; 川島 寿人; 上杉 喜彦*; 山内 俊彦; 森 雅博; 三浦 幸俊; 鈴木 紀男; 仙石 盛夫; et al.
Journal of the Physical Society of Japan, 59(11), p.3962 - 3976, 1990/11
被引用回数：4 パーセンタイル：46.26(Physics, Multidisciplinary)分光的手法を用いてJFT-2MのHモード中の不純物の挙動の研究を行なった。Edge-Localized Modes(ELMs)が発生しないHモードでは、高電離イオンのスペクトル線の発光強度が時間とともに増加するのに対し低電離イオンのスペクトル線の発光強度はHモード遷移直後に減少し、その後時間的に一定値となる。また、鉄イオン密度の空間分布測定等により、金属不純物ばかりではなく軽元素不純物も、ELMsの発生していないHモード時には、プラズマ中心に集中することが明らかとなった。またELMsの発生したHモード時では、これらの不純物集中が、ELMsの発生とともに低減されることが明らかとなった。
本間 裕貴; 星野 一生; 矢本 昌平*; 朝倉 伸幸; 徳永 晋介; 畑山 明聖*; 坂本 宜照; 日渡 良爾; 飛田 健次
no journal, ,
本研究の目標は、SOL/ダイバータプラズマ統合シミュレーションコードSONICと高Z不純物輸送シミュレーションコードIMPGYROを用いて、原型炉タングステンダイバータの損耗の評価を行い、損耗を低減するダイバータ設計・運転シナリオに反映することである。背景となる原型炉SOL/ダイバータプラズマの密度・温度・流速分布はSONICによって計算する。この背景プラズマ分布中でタングステン原子/イオンの輸送過程をIMPGYROによって追跡する。スパッタによる損耗量と再堆積量からダイバータの正味の損耗速度を評価することを目指す。現在、SONICコードとIMPGYROコードのデータインターフェイスを開発し、SONICコードにより計算された背景プラズマ分布を基に、損耗しイオン化したタングステンの軌道計算がIMPGYROコードで可能になった。本発表では大半径8.2m、出力1.5GWの原型炉における不純物輸送テスト計算結果及びダイバータ損耗評価の初期結果について報告する。
井戸村 泰宏
no journal, ,
ジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dを多種イオン系に拡張した。高Z不純物とバルクイオンや電子の異種粒子衝突演算子は速度空間のマルチスケール問題となり、数値的取り扱いが難しくなる。この問題を解決するために、低エネルギー領域の衝突係数の発散を抑制するフィルタ関数と衝突項の陰解法ソルバを導入し、タングステンのような高Z不純物の解析を実現した。多種イオン系の新古典輸送の検証結果を示すとともに、予備的な非線形乱流計算における不純物輸送特性を議論する。
井戸村 泰宏; Obrejan, K.
no journal, ,
ジャイロ運動論的full-fオイラーコードGT5Dを多種イオン系に拡張した。高Z不純物とバルクイオンや電子の異種粒子衝突演算子は速度空間のマルチスケール問題となり、数値的取り扱いが難しくなる。この問題を解決するために、低エネルギー領域の衝突係数の発散を抑制するフィルタ関数と衝突演算子の陰解法ソルバを導入し、タングステンのような高Z不純物の解析を実現した。多種イオン系の新古典輸送の検証結果を示すとともに、非線形乱流計算における不純物輸送特性を議論する。
井戸村 泰宏; Obrejan, K.*; 朝比 祐一; 本多 充*
no journal, ,
大域的full-fジャイロ運動論コードGT5Dを用いてイオン温度勾配駆動(ITG)乱流におけるトレーサ不純物の輸送機構を調べ、ITG乱流との相互作用により新古典粒子輸送が大きく増大することを明らかにした。ITG乱流によってバルクプラズマの乱流粒子輸送が駆動され径電場が成長する。これに伴うEB流の圧縮効果により上下非対称な密度揺動が形成され、これと磁気ドリフトの結合により新古典輸送が増大する。この効果は温度には働かず、粒子輸送のみを選択的に増大させる。
