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discharges and real-time control of current profile in JT-60U鈴木 隆博; 諫山 明彦; 坂本 宜照; 井手 俊介; 藤田 隆明; 竹永 秀信; Luce, T. C.*; Wade, M. R.*; 及川 聡洋; 内藤 磨; et al.
Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11
JT-60Uは2003年に制御系の長放電時間化改造を行い、高
プラズマの定常化を達成した。規格化圧力2.5のプラズマを不安定性の発生なしで、電流分布が定常に達する15.5秒間(電流拡散時間の9.5倍)維持した。また、不安定性の発生し易い位置と不安定性を引き起こす圧力勾配の大きな位置をずらすような電流分布を実現することで、さらに高い規格化圧力3を準定常(電流拡散時間の3.3倍)維持することに成功した。適切な電流分布を実現することが高性能プラズマにとって重要であるので、電流分布の実時間制御システムを開発し、安全係数分布を目標値まで制御することに成功した。
関 正美; 前原 直; 藤井 常幸
Fusion Engineering and Design, 56-57, p.581 - 585, 2001/10
被引用回数：2 パーセンタイル：19.66(Nuclear Science & Technology)低域混成(LH)波は、トカマクを定常運転化し閉じ込め性能を向上できる。LH波用アンテナの工学的な課題は熱負荷対策で、耐熱性材料でアンテナを構築することが重要である。現在、耐熱性に優れた炭素繊維材を用いた開発を行っており、そのひとつはプラズマや高周波放電でダメージを受けやすいアンテナ先端部のみを耐熱化する型である。特徴はボルト締により交換可能としメンテナンス性を向上できることで、アンテナ先端部劣化による入射パワーの低下を防ぐのが目的である。開発のポイントは、導波管構造を持つSUS部材と炭素繊維材との接合方法の確立で、拡散接合を用いて成功した。今後、耐電力試験等を行い健全性を確認する。もうひとつの型は次世代の長パルス用の開発である。特徴は、LHアンテナを構成する電力分岐部全体が炭素繊維材で作られることで、高周波損失低減のため炭素材表面に銅の層を確実に着ける技術が重要である。そのために、チタンを緩衝材としたメッキ法やプラズマスプレー法を開発し、約50MW/m
(3.7GHz)の耐電力特性を確認した。高周波放電を持続させないことで耐熱性LHアンテナ製作の目処を得た。
池田 佳隆; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 井手 俊介; 今井 剛; 諫山 明彦; 岩瀬 誠; 春日井 敦; 近藤 貴; 草間 義紀; et al.
AIP Conference Proceedings 485, p.279 - 287, 1999/09
最近のJT-60Uにおける高周波実験の成果を報告する。低域混成波(LHCD)では、閉じ込めの良い負磁気シア配位を、4.7秒定常的に保持することに成功した。またLHCD単独による中心電子温度11keVを越える高温プラズマ加熱を確認した。イオンサイクロトロン波(ICRF)では、負磁気シア配位での、ICRFによる高速イオンの閉じ込め減少の原因を明らかにするとともに、粒子補給の少ない状態での負磁気シア特性を調べた。電子サイクロトロン波(ECH)では、大型トカマクとして初めて、入射に成功するとともに、局所加熱制御及び中心加熱において、5.5keVの高温プラズマ加熱に成功した。
草間 義紀; JT-60チーム
Physics of Plasmas, 6(5), p.1935 - 1942, 1999/05
被引用回数：17 パーセンタイル：50.48(Physics, Fluids & Plasmas)W型ダイバータ付きJT-60Uにおいて行った高性能プラズマ実験及び定常化実験の最近の成果を報告する。主な成果は以下のとおり。(1)負磁気シアモードにおいて世界最大の等価Q
=1.25を達成した。(2)高ポロイダルHモードにおいて、等価Q=0.16,Hファクター2.2を4.5秒間維持することに成功した。(3)低域混成波(LH)と中性粒子ビームにより輸送障壁付き負磁気シアモードを6秒間維持できた。(4)負イオン源中性粒子ビーム(NNB)入射による駆動電流が600kAに達した。(5)NNB入射によりHモードを生成・維持し電子加熱が有効に行われていることを実証した。(6)低シアプラズマにNNBを入射した場合に約0.1%と低い高速イオンにおいてもトロイダルアルヴェン固有モード(TAE)が発生し得ることを明らかにした。(7)負磁気シアの内部輸送障壁の物理的解明など、物理研究が大きく進展した。
池田 佳隆; 牛草 健吉; 関 正美; 菅沼 和明; 豊島 昇
JAERI-Research 97-075, 15 Pages, 1997/10
JAERI-Research-97-075.pdf:0.89MB
グラファイトタイルから成る第1壁を有するJT-60Uにおいて、電子サイクロトロン共鳴放電洗浄(ECR-DC)を調べた。低域混成波帯熱装置の2GHz帯を用いてトロイダル磁場約0.6TにおいてECR-DCを実施し、最大入射電力125kWまでの準定常運転を行った。グラファイトタイルに対してECR-DCは、リサイクリング率を低下させるが、重水素ECR-DCは重水(m/e=20)脱離に有効であった。さらにグラファイトからのトリチウム除去に対して重水素ECR-DCが効果的であることを明らかにした。
永島 圭介; 井手 俊介; 内藤 磨
Plasma Physics and Controlled Fusion, 38(11), p.1975 - 1984, 1996/11
被引用回数：4 パーセンタイル：17.28(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの低域混成波電流駆動放電において粒子輸送特性が特徴的に変化していることを発見した。低域混成波入射時には、入射波のスペクトルに応じて密度分布が平坦化しているのである。この時の粒子輸送係数を評価するために、ガスパフの変動入射実験を実施した。線積分電子密度の時間変化を解析することにより、粒子拡散係数と密度分布のピーキング係数を求めた。この結果から、電流駆動時の拡散係数はオーム加熱時の値に比べて3倍程度大きくなっており、この変化は主にプラズマ外側の領域で生じていることが分かった。また、ピーキング係数については位相速度の速い波を入射した時ほど係数値が小さくなっていることが明らかとなり、トムソン散乱法で測定された密度分布の違いを説明するものであることが分かった。
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。
朝倉 伸幸; 辻-飯尾 俊二*; 池田 佳隆; 閨谷 譲; 関 正美
Review of Scientific Instruments, 66(12), p.5428 - 5432, 1995/12
被引用回数：18 パーセンタイル：78.6(Instruments & Instrumentation)高周波とプラズマとのカップリングの原理を理解し、核融合炉での高周波駆動用のランチャー(入射装置)を設計するために、スクレイプ・オフ相でのプラズマ(周辺プラズマ)分布の計測は最も重要である。この測定のため、可動静電プローブを製作し、JT-60Uの低域混成波(LH)ランチャーに組み込み、ランチャー前面からセパラトリクス近傍までのプラズマ分布(約12cm)を高空間分解能(1-2mm)で計測した。可動静電プローブは圧力シリンダーとばねを使用し、水平方向に25cmを1.5秒で往復できる。主な測定は約4msの周期の三角波を引加しダブル・プローブ法を用い行った。トリプルプローブ法も行い、前者と良い一致を示し、揺動測定も可能であることを明らかにした。LH波入射中、LHランチャー前面で局所加熱が起きていることも観測し、分布測定として画期的な成果を得た。測定で得た局所密度(7~10
10
m
)はモデル計算結果(カップリングに必要な密度)と良い一致を示した。
Tuccillo, A. A.*; S.Podda*; 関 正美; 朝倉 伸幸; 井手 俊介; 池田 佳隆; 木村 晴行; 近藤 貴; 内藤 磨; 牛草 健吉; et al.
AIP Conference Proceedings 355, p.114 - 117, 1995/00
JT-60Uにおいて結合条件を変えた場合での低域混成波(LH)電流駆動実験が行われた。用いられた電流駆動用アンテナは電力分配型であり、オーバーサイズのテーパー導波管を採用して構造の簡素化が図られているのが特徴である。このタイプのアンテナでは、結合条件を変えて電流駆動し得る限界の結合条件を知ることは重要であり、次世代大型トカマクでのLH電流駆動の運転条件を決めるばかりでなくLHアンテナ設計の鍵となる。今回の実験では、アンテナを第一壁内へ引き込むことによって結合条件を変え、主導波管内の反射率が35%に達する範囲でLH電流駆動した。測定された反射率は、ラングミュアプローブ計測から求めたアンテナ前面での密度を用いた理論計算結果と良く一致した。この理論計算では、反射波によるオーバーサイズテーパー管内の高次モード生成が考慮されておらず、この実験条件では高次モードの影響が少ないことが示唆された。また、LH電流駆動性能は、反射率が25%までならば大きくは劣化しないことが見出され、理論からの予想結果と矛盾しない。
井手 俊介; 内藤 磨; 近藤 貴; 藤田 隆明; 松岡 守*; 池田 佳隆; 牛草 健吉; JT-60チーム
IAEA-CN-60/A5-4, 0, p.641 - 650, 1995/00
定常核融合炉におけるプラズマの保持及びその性能の改善のために、非誘導的にプラズマ電流分布を制御する事は非常に重要であると考えられている。本論文ではこのような定常化研究のためにJT-60U装置で行われている電流分布制御実験について報告する。主な成果は、1)中性粒子ビーム(NB)による分布制御実験:NBを用いて電流分布を制御できることを実験で明らかに示した。また同時にプラズマ回転の制御も行える事も示した。2)低域混成波(LHW)による分布制御実験:LHWによる電流分布制御は従来から良い結果を出して来たが、今回波の波数スペクトルを組み合わせることによりさらに効率良い制御が行えることを示した。
山本 巧; 木村 晴行; 今井 剛
JAERI-Conf 94-001, 157 Pages, 1994/08
本プロシーディングは、那珂研において平成5年11月10-12日に開催されたプラズマ加熱及び電流駆動における高周波ランチャーに関する技術検討会のものである。発表件数は23件であった。イオンサイクロトロン周波数帯では、10件の発表があり、主に大型装置における加熱用アンテナの問題点が検討された。特に、放射スペクトルとファラディーシールドの構造及び材料が不純物発生の抑制に対して重要であることが指摘された。JETとDIII-Dでは、電流駆動用のランチャーが取り付けられ、今後の実験が期待される。低域混成波周波数帯では、8件の発表があり、ランチャーの構造、コンディショニング、プラズマとの結合及びランチャー先端部の熱負荷についての検討結果が示された。次世代用に、先端部の熱負荷を考慮した、簡素化されたランチャーが提案された。電子サイクロトロン周波数帯では、5件の発表があり、応用の多様性と簡単なランチャー構造が特徴付けられた。
池田 佳隆; 内藤 磨; 関 正美; 近藤 貴; 井手 俊介; 安納 勝人; 福田 裕実*; 池田 幸治; 北井 達也*; 清野 公広; et al.
Fusion Engineering and Design, 24, p.287 - 298, 1994/00
被引用回数：22 パーセンタイル：85.01(Nuclear Science & Technology)JT-60Uの低域混成波結合系用として、オーバーサイズ導波管を用いた電力分岐方式を開発した。この結合系は、電力分岐モジュールを4段4列配列した構造であり、モジュール内で高周波はオーバサイズ導波管を介し、トロイダル方向に12分岐される。この方法により、多くの導波管から構成される位相制御型結合系を容易に実現できた。JT-60Uの低域混成波実験において、この結合系の評価を行い、反射率2%、電力密度29MW/mの良好な結果を得た。また反射率が低いため、オーバサイズ導波管内の高次モードの影響が無視可能であることを明らかにするとともに、結合特性や電流駆動効率が、高次モードを無視した計算から求まる理論値で良く説明できることを示した。これらの結果から、この簡素化した結合系の有効性が実証された。
川島 寿人; 長谷川 満*; Fuchs, G.*; 的場 徹; 上杉 喜彦*; 星野 克道; 河上 知秀; 山本 巧
Japanese Journal of Applied Physics, 33(6A), p.3590 - 3596, 1994/00
被引用回数：4 パーセンタイル：30.11(Physics, Applied)JFT-2Mトカマクで、低域混成波による電流駆動(LHCD)実験、あるいは、LHCDに電子サイクロトロン波加熱(ECRH)を加える実験を行った。我々は、この時、水平と垂直の軟X線波高分析装置を使ってX線の異方性を調べた。LHCD中には水平前方方向でX線放射強度が強かった。LHCDプラズマにECRHを加えた場合、垂直方向の強度が強くなった。これらの実験データと三温度モデルによる計算を合わせることによって高速電子(X線発生源)の速度分布を評価した。評価した速度分布形は理論的予測(低域混成波では電子ランダウ減衰、電子サイクロトロン波ではサイクロトロン減衰)と矛盾しなかった。
池田 佳隆; 内藤 磨; 牛草 健吉; 佐藤 正泰; 近藤 貴; 井手 俊介; 関 正美; 永島 圭介; S.W.Wolfe*; 朝倉 伸幸; et al.
Nuclear Fusion, 34(6), p.871 - 880, 1994/00
被引用回数：13 パーセンタイル：46.34(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60において低域混成波電流駆動(LHCD)におけるLH波の近接条件の影響を調べ、以下の結果を得た。1)硬H,X線の最大検出エネルギーは、近接条件で制限される波の位相速度と対応している。2)電流駆動効率、電流分布制御性は、近接条件の劣化に伴い悪化する。3)近接しない波(非近接波)を入射すると、不純物、リサイクルを増加させ、MARFEを引き起こす場合もある。4)ダイバータ部の静電プローブを利用した周辺部の波の強度は、非近接の割合に比例して増加する。5)非近接波は、波の軌跡解析から周辺部に局在する。これらのことから、LHCDにおいて近接条件の重要性が実験的に明らかとなった。
内藤 磨; JT-60チーム
Plasma Physics and Controlled Fusion, 35(Suppl.B), p.B215 - B222, 1993/12
最近のJT-60Uにおける高性能実験及び定常化研究の成果について報告する。JT-60Uでは新たに発見された、高ポロイダルベータHモードにより核融合性能が飛躍的に向上し、核融合積で1.110
mskeV、中性子発生率で5.610/s、核融合増倍率で0.6を達成した。またプラズマの圧力分布、電流分布制御の精力的な研究の結果ポロイダルベータ値で4.3、規格化ベータ値で4.0までベータ限界を広げることが出来た。これにより定常トカマク炉で必要とされている、自発電流の割合が高く、閉じ込めの良い放電を10秒間定常的に保つことが出来た。さらに低減混成波電流駆動では、新型ランチャーの導入により、3.6MAまでのプラズマ電流を非誘導的に流すことに成功した。
池田 佳隆; 関 正美; 前原 直; 若林 邦郎*; 浅井 知*; 尾崎 章*
Fusion Engineering and Design, 23, p.33 - 42, 1993/00
被引用回数：3 パーセンタイル：38.1(Nuclear Science & Technology)低域混成波電流駆動(LHCD)用グリルの製作として、拡散接合技術を用いた方法を開発した。LHCD用グリルは、従来、多数の矩型導波管を1本づつ製作し、それらを組み立てる方法により製作した。本手法では、グリルを薄板としきり棒の組合せ構造とし、これらを拡散接合により接合させるものである。本手法により、製作工程の大巾な簡素化と、高温時の機械強度の確保を可能とした。さらに、本方法を用いることで、高熱伝導度材であるアルミナ分散強化銅と、低電気伝導度材であるステンレス材の異種材料からなるグリルの試作に成功した。これにより、ディスラプション時の電磁力低減と、定常運転に対する除熱特性の優れたグリルの実現化に目処を付けた。
近藤 貴; 井手 俊介; 今井 剛; 牛草 健吉; 池田 佳隆; 関 正美; 竹内 浩
Proc. of the 1992 Int. Conf. on Plasma Physics,Vol. 16C Part 2, p.II969 - II972, 1992/00
低域混成波(LHW)の入射パワーを変調し、硬X線信号の応答と空間分布を測定し、高速電子の減速過程と拡散過程を評価し、LHWの吸収分布を求めた。プラズマ電流1.2MA、電子密度n
=810
cm、トロイダル磁場4Tのプラズマに、周波数2GHz、パワー600kWの高周波を正弦波で変調して入射し、この時の高速電子から輻射される硬X線の時間応答を測定した。その結果、硬X線強度の入射パワーに対する位相の遅れは、高速電子の減速時間から計算される位相と一致しており、拡散過程は減速過程と比べて、小さい事が明らかになった。硬X線の空間分布から、プラズマ中に励起された波の屈折率が1.44および2.24の時の波の吸収分布を求めた。屈折率が2.24の時は周辺部で吸収し、1.44の時は中心部で吸収しており、この時の電流駆動効率が大きい。
関 正美; 池田 佳隆; 今井 剛; 牛草 健吉; 内藤 磨; 井手 俊介; 近藤 貴; 根本 正博; 竹内 浩; 菅沼 和明; et al.
Proc. of the 19th European Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics, p.985 - 988, 1992/00
低域混成波による電流駆動方式は、非誘電方式の中では、最も効率的な方式である。しかしながら、アンテナとしては、遅波を励起するため、アンテナ前面にカットオフ以上のプラズマ密度を必要とする。このため、従来、主プラズマとアンテナとの距離を近づけて、結合特性を最適化していた。このことは、定常運転を行う際、アンテナ前面の熱設計を厳しいものとしている。一方、今回、JT-60Uの実験において、主プラズマとアンテナが10cm以上離しても、良好な結合特性(反射率10%以下)が観測された。アンテナ前面に取付けられた静電プローブより、RF入射時に、カットオフ以上の密度のプラズマが、RFにより生成され、結合特性が改善されていることが明らかとなった。
今井 剛; 牛草 健吉; 池田 佳隆; 内藤 磨; 吉田 英俊; 関 正美; 伊丹 潔; 永島 圭介; 上原 和也; 永島 孝
核融合研究, 65(SPECIAL ISSUE), p.99 - 118, 1991/03
低域混成波帯(LHRF)の電流駆動実験を行い、2MA、3秒の非誘導電流駆動、最大電流駆動積(ne・R
・I
)~12.510
m
MAを実現した。ダイバータ配位が、ホットスポットを抑制するのに有効である。電流駆動効率を改善するには、高Te、低有効電荷数が良いことがわかるとともに、マルチジャンクション型の結合系を用いることにより、磁場方向の屈折率(N
)のスペクトルを最適化することが有効であることを実験的に示し、通常の電流駆動用結合系に比し、30~40%の改善を達成するとともに、最大3.410mA/Wの電流駆動効率を実現した。低域混成波電流駆動により電流分布制御、及び、鋸歯状振動の抑制が可能であること、また、電流立上げ時の磁束節約が可能であることを、明らかにした。
今井 剛; 牛草 健吉; 池田 佳隆; 内藤 磨; 吉田 英俊; 関 正美; 根本 正博; 佐藤 正泰; 小出 芳彦; 上原 和也; et al.
核融合研究, 65(SPECIAL ISSUE), p.119 - 132, 1991/03
低域混成波帯の高周波を、トカマクの種々のパラメータ領域の加熱に応用し、電子加熱(LHEH)、イオン加熱(LHIH)、そして、中性粒子ビーム(NB)との同時加熱(NB+LH)の全てにおいて、良好な加熱結果が得られた。高プラズマ電流化と、ペレット入射との組合わせが、表面でのパラメトリック不安定性を、抑制できた。6keVの電子温度が、LHEH領域で、又、核融合積~110
mkeVsが、ペレット+LHで得られた。NB+LHでは、ビーム加速による閉じ込めの改善や、波のトカマクの中での伝搬に関する知見を得ることができた。
