Energy confinement scaling for reversed-shear plasmas with internal transport barrier in JT-60U

滝塚 知典; 坂本 宜照; 福田 武司; 藤田 隆明; 鎌田 裕; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 白井 浩

Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(5A), p.A423 - A428, 2002/05

https://doi.org/10.1088/0741-3335/44/5A/346

JT-60U中の内部輸送障壁(ITB)のある負磁気シアプラズマでは、ELMy Hモード閉じ込め比例則に較べより高い閉じ込め性能が得られている。箱型のITBを持つプラズマの閉じ込めエネルギーは、プラズマ電流に強く依存して増加するが加熱パワーにはほとんど依存しない。閉じ込めは、ITB近傍の熱束でなくプラズマの状態で決まると仮定して、JT-60Uの実験データを解析した結果、ITBより内側の領域に閉じ込められるエネルギーは、W=CV(B/)となっていることを見いだした。ここで、Cは1程度の定数,はITB足部の逆アスペクト比,VはITBに囲まれたプラズマ体積,BはITB足部のポロイダル磁場である。この比例則から、ポロイダルベータ値との積が1程度に制限されていることがわかる。この結果は、閉じ込めがブートストラップ電流が重要な役割を果たしているプラズマの平衡条件に支配されていることを示唆する。

Active control of internal transport barrier and confinement database in JT-60U reversed shear plasma

坂本 宜照; 滝塚 知典; 白井 浩; 藤田 隆明; 鎌田 裕; 井手 俊介; 福田 武司; 小出 芳彦

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.4, p.249 - 252, 2001/00

JT-60U負磁気シアプラズマに形成される内部輸送障壁に対するトロイダル回転の効果を調べ、その能動的制御法を開発するとともに、エネルギー閉じ込め比例則の構築を行った。単一方向のトロイダル運動量入射は内部輸送障壁を減衰させ、その後、自発的に再形成する遷移現象が観測された。一方バランス入射では内部輸送障壁を維持する。この結果を応用し単一放電内でトロイダル運動量の入射方向を変化させて、強力な内部輸送障壁を減衰させた後に再び強めて維持することに成功した。このとき径電場シア分布の変化が重要な役割を担っていることを明らかにした。またエネルギー閉じ込め比例則の構築によって内部輸送障壁を持つ負磁気シアプラズマの蓄積エネルギーは、内部輸送障壁足部位置のポロイダル磁場に強く依存していることを見いだすとともに、内部輸送障壁壁とポロイダルラーモア半径の比にも依存することを明らかにした。

ITER physics basis, 2; Plasma confinement and transport

閉じ込めと輸送・データベースとモデリング専門家グループ

Nuclear Fusion, 39(12), p.2175 - 2249, 1999/00

https://doi.org/10.1088/0029-5515/39/12/302

ITERの設計建設のために、トカマクプラズマの閉じ込めと輸送について物理基準を示した。最初に、輸送の主原因であるプラズマ中の微視的乱流について記述した。閉じ込めと輸送に関する、これまでの主要な実験結果を紹介した。特にHモード等の改善閉じ込めの実験結果を詳しく紹介した。エネルギー閉じ込めの比例則とHモード遷移パワーの比例則を示し、それらを用いてITERの閉じ込め性能と必要加熱パワーの予測を行った。また、1次元輸送モデルについて記述した。実験の分布データと計算結果の比較検査を行いモデルの妥当性を調べるとともに、輸送モデルを用いてITERの性能予測を行った。粒子の輸送と運動量の輸送についても実験結果を紹介した。

Hidden variables affecting the L-H transition

福田 武司

Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(5), p.543 - 555, 1998/00

https://doi.org/10.1088/0741-3335/40/5/003

閉じ込め性能の顕著な改善が得られるHモードは、1982年の発見以降、理論と実験の両面で活発な研究が行われてきた。その結果、物理機構に関する描像は収束しつつあるが、遷移条件の定量的な理解には至っていない。実際、次期核融合実験炉であるITERの遷移閾値の評価は理論的な予測によるものではなく、各実験装置で得られた結果に基づく外挿値を基準にしており、その評価誤差が大きいことが問題となっている。本論文では、Hモード遷移を決定する物理要因に関する近年の実験研究の結果をまとめて報告する。特に、遷移閾値の密度と磁場及び平衡配位依存性の評価に影響を及ぼす主要因として周辺中性粒子密度を取り上げ、JT-60Uにおけるその定量評価の結果を示す。また、周辺物理量(温度・密度等)と巨視的な遷移閾値の比例則との相関に注目し、各装置における最近の実験結果を報告する。ここでは周辺無次元量に重点を置く。

Threshold power and energy confinement for ITER

滝塚 知典; 福田 武司; 鎌田 裕; 菊池 満; 松田 俊明; 三浦 幸俊; 内藤 磨; 玉井 広史; D.Boucher*; G.Bracco*; et al.

Fusion Energy 1996, 2, p.795 - 806, 1997/00

ITERにおけるLH遷移の閾値パワーと閉じ込め性能を予測するために、データベースの集積と、そのデータ解析を進めている。閾値パワー比例則P~BnRを求め、ITERでの予測値が1002MWとなった。Lモード閉じ込めデータベースの解析から熱エネルギー閉じ込め時間比例則を得た。拡張されたITER Hモード閉じ込めデータベースの解析により、ITERにおけるELMy Hモードでの閉じ込め時間は6(10.3)秒と予測した。規格化ラーマ半径の減少に対して系統的なの劣化はないことが分かった。次元的に正しい形のオフセット線形則も、ITERに対し同様のの値を与える。

H mode transition threshold power scaling and its relation to the edge neutrals in JT-60U

福田 武司; 滝塚 知典; 土屋 勝彦; 鎌田 裕; 永島 圭介; 佐藤 正泰; 竹永 秀信; 石田 真一; 木島 滋; 東島 智; et al.

Nuclear Fusion, 37(9), p.1199 - 1213, 1997/00

https://doi.org/10.1088/0029-5515/37/9/I02

次期核融合実験炉であるITERでHモード遷移に必要な加熱入力を評価することは緊急の課題となっている。しかしながら、これまでに集積された遷移閾値の実験結果を用いた解析では充分な精度と信頼性を有する比例則が現在確立されていない。その主な理由は、幾何寸法依存性と密度依存性の不明瞭性にあると考えられている。特に密度依存性は、第一壁の粒子補給条件に敏感であることから、重要ではあるが解明が困難な課題であると認識されている。我々は、JT-60Uにおける詳細な実験研究の結果、再現性の有る遷移閾値比例則を確立すると共に、プラズマ周辺部の中性粒子密度が密度依存性に顕著な影響を与えることを初めて定量的に示した。また、同様に周辺中性粒子密度が低密度遷移限界をも規定することを明らかにした。この結果は、周辺中性粒子密度の情報を基に従来装置依存性が高いと考えられてきた密度依存性の統一的理解に資する。

Recent results of H-mode confinement study in JT-60U; April-September, 1995

JT-60UHモード研究グループ

JAERI-Research 95-075, 64 Pages, 1995/11

JAERI-Research-95-075.pdf:1.93MB

熱核融合炉実現のためにはエネルギー閉じ込め性能の改善が最重要課題の一つである。ITERではELMy Hモードを主要運転モードと考えている。ITER工学設計においてHモード特性に関し解明されていない問題点があり、これをITER物理R&Dとして研究を進めることが要求されている。この要求に応えるために行ってきたJT-60UにおけるHモード閉じ込めの研究の最近(1995年4月-9月)の成果をこの報告集にまとめた。高イオン温度Hモードの閉じ込め比例則、輸送特性の時間的挙動、無次元輸送実験、Hモード遷移に関する研究(パワー閾値比例則、周辺プラズマ物理量のパラメータ依存性、中性粒子の影響、H-Lバック遷移)、およびELMの発生条件についての研究結果が示されている。

Optimization of steady-state and hybrid operations in a tokamak fusion reactor by using divertor scaling models

村上 好樹*; 杉原 正芳

Fusion Technology, 24, p.375 - 390, 1993/12

ダイバータ熱負荷の簡単な比例則を用いてITERの長時間および定常運転点の最適化を行なった。比例則としてITERガイドライン、ボーム型モデル、JT-60Uの実験則を用いモデルによる依存性を調べた結果、核融合出力が750MWのとき定常運転時の熱負荷はモデルによって約2倍異なることが分かった。実際に運転可能かどうかは閉じ込め性能の観点からだけでなくダイバータ熱負荷の許容レベルにもよるため、これはモデルによって運転可能領域が大きく異なることを意味している。従って今後ダイバータ熱負荷の比例則の精密化が重要になる。本研究ではヘリウム蓄積、閉じ込め、電流駆動効率の改善に対する効果も調べた。また長時間運転モードでも与えられた核融合出力と電流駆動パワーに対してダイバータ熱負荷を最小にする運転点を見い出し、工学試験で要求される条件のもとでの最適化を行った。

The Significance of medium-sized and small devices in fusion research

前田 彦祐; 伊藤 早苗*

Fusion Engineering and Design, 15, p.387 - 394, 1992/00

https://doi.org/10.1016/0920-3796(92)90023-W

中小型装置の意義について、ITERの物理R&Dを例にとりながら再考した。核融合燃焼中のプラズマにおいては、熱流束密度がかつて経験したことがないほど高いレベルとなり、現在のエネルギー閉じ込め比例則を拡張してITERの動作を予測するのは自明ではない事を指摘した。核融合プラズマの閉じ込めは、有限な強さの源と散逸を有した非線形非平衡システムにおける熱、運動量、質量の輸送問題と関係づけられると考えられる。現在流体力学の分野では乱流へいたるシナリオや条件などいろいろな様相を明らかにしつつあるが、プラズマ閉じ込めの分野でももっと複雑なシナリオが予想される。このようなプラズマ閉じ込めの特性を把握するために大いに中小型装置が活用されるべきである。

中型・小型装置の意義

前田 彦祐; 伊藤 早苗*

核融合研究, 65(4), p.435 - 446, 1991/04

https://doi.org/10.1585/jspf1958.65.435

中小型装置の意義、果たすべき役割についてITERの物理R&Dを例にとって概括的に述べた。将来の核融合プラズマではプラズマを横切る単位面積あたりの熱流の大きさが、現在核融合炉心に最も近くまた良い閉じ込めを実現している装置等では全く実験されていない高レベルで、現在の閉じ込め比例則をそのまま外挿できるかどうかは自明でないことを指摘した。核融合プラズマの閉じ込めは、非線形非平衡系における熱や運動量、質量の輸送問題と考えられ、中小型装置における系統的な研究の必要性を指摘した。

核融合実験炉の炉心プラズマのパワーバランス; 予備検討

東稔 達三; 大和 春海*

JAERI-M 6453, 40 Pages, 1976/03

JAERI-M-6453.pdf:1.09MB

現在炉設計研究室で設計が進められている、核融合実験炉のプラズマ中のパワーバランスの予備検討を行なった。50MW以下の入射パワーで10MW程度の出力を目標とする設計条件を満すプラズマパラメータの変域を示す。比例則の不確かさが及ぼす影響についても検討し、自己点火の可能性について議論している。