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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; Mahdavi, M. A.*; Baker, D. R.*
Physics of Plasmas, 8(5), p.1607 - 1611, 2001/05
被引用回数：2 パーセンタイル：7.17(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60UとDIII-DのELMyHモードプラズマでの粒子閉じ込め特性を、NBIにより中心領域に供給された粒子の閉じ込め時間と、ガスパフ・リサイクリングにより周辺領域に供給された粒子の閉じ込め時間に分離した形で比較した。NBI加熱パワーに対する粒子閉じ込め時間の依存性は、JT-60UとDIII-Dで同様である。DIII-Dでの中心供給粒子の閉じ込め時間は、JT-60Uと比較して低密度領域で1/4程度であるが、高密度領域では1/1.8倍程度になっている。このことは、DIII-Dの方が密度依存性が強いことを示している。DIII-Dでの周辺供給粒子の閉じ込め時間は、低密度領域でJT-60Uと同程度であるが、高密度領域ではJT-60Uに比べ非常に小さな値となっている。結果として、DIII-Dの高密度領域では周辺供給粒子による寄与が小さくなっている。
竹永 秀信
プラズマ・核融合学会誌, 77(3), p.224 - 230, 2001/03
磁気閉じ込め核融合炉における燃焼プラズマは、
粒子による自己加熱が支配的となるために、プラズマ自らが加熱パワーを決め、その加熱パワーにより自らを決定する「自立的なプラズマ」となる。このような自律系では密度と加熱パワーが密接に関連し、両者を独立に制御可能な非燃焼プラズマと比較して密度制御がより重要となる。核融合炉では、粒子補給と粒子排気により密度を制御することになるが、高閉じ込め及びダイバータでの高い熱除去能力等の核融合炉条件を満足しながら制御する必要がある。本稿では、まず核融合炉で想定される粒子補給について述べ、そこでの課題を明らかにする。次に、粒子補給とプラズマ特性の関係について現状を報告する。さらに、密度制御をどのように行うべきか具体的に考察する。
竹永 秀信; 永島 圭介; 逆井 章; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 久保 博孝; 東島 智; 及川 聡洋; 白井 浩; 藤田 隆明; et al.
Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1917 - 1928, 1999/11
被引用回数：22 パーセンタイル：57.71(Physics, Fluids & Plasmas)核融合炉においては出力制御のために十分な密度制御性を確保することが必要であり、そのためには粒子閉じ込め特性の把握が不可欠である。本論文ではNBIにより中心供給した粒子の閉じ込め時間と、リサイクリング及びガスパフにより周辺供給した粒子の閉じ込め時間を個別に取り扱う新しい手法を用いてELMyHモードプラズマにおけるセパラトリックス内のイオン総数に関するスケーリング則を導出した。また、スケーリング則と実験値の比較から負磁気シアプラズマでの粒子閉じ込め改善を定量的に評価した。さらに、粒子拡散係数と対流速度をヘリウムガスの変調入射実験で評価した。その結果、内部輸送障壁において、粒子拡散係数がその内側、外側領域に比べて1/5~1/6に減少していることを明らかにした。
竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 永島 圭介; 久保 博孝; 逆井 章
Journal of Nuclear Materials, 241-243, p.569 - 573, 1997/00
被引用回数：8 パーセンタイル：56.36(Materials Science, Multidisciplinary)粒子ソース分布が粒子閉じ込め特性に与える影響について明らかにするために、粒子リース数を定量的に評価しJT-60Uでの粒子バランスを解析した。NBI加熱プラズマでの粒子リースは、2つに分類することができる。1つはNBIによる中心供給粒子であり、他は壁でのリサイクリング及びガスパフによる周辺供給粒子である。この2つのソースの比と粒子閉じ込め時間の関係を調べ、Lモード、ELMy Hモードプラズマでは、中心供給の比が大きくなるに従って、粒子閉じ込め時間が大きくなる傾向にあり、Hモードプラズマでは両者に相関がみられないことを明らかにした。さらにLモードプラズマにおいて、中心供給された粒子の閉じ込め時間と周辺供給された粒子の閉じ込め時間との分離を行い、中心供給された粒子の閉じ込め時間が、周辺供給された粒子のそれより、2-5倍程度大きいことを明らかにした。
竹永 秀信; 永島 圭介; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 久保 博孝; 逆井 章
Nuclear Fusion, 37(9), p.1295 - 1302, 1997/00
被引用回数：13 パーセンタイル：44.03(Physics, Fluids & Plasmas)主プラズマでの粒子ソースとしては、中心に粒子を供給するNBIや周辺に粒子を供給するガスパフ・リサイクリングによるものがある。また、主プラズマ密度は、この様な粒子ソースみのならず周辺プラズマによっても維持されている。(ベース密度と呼ぶ。)本論文では、粒子ソース分布及び周辺プラズマ密度が、グローバルな粒子閉じ込め特性へ与える影響を調べるために、JT-60U装置での局所的な粒子バランスの解析から、NBIやガスパフ・リサイクリングで維持されている密度、及びベース密度を分離した。その結果、(1)NBIの粒子ソースはガスパフ・リサイクリングの粒子ソースより、10倍程度プラズマ中心に供給されているにも関わらず、周辺密度や内向き粒子フローのために、閉じ込め時間は2.5倍程度しか大きくないこと、(2)全体に対するベース密度の割合が60%程度であることを明らかにした。
竹永 秀信; 清水 勝宏; 朝倉 伸幸; 辻・飯尾 俊二*; 嶋田 道也; 菊池 満; 内野 喜一郎*; 村岡 克紀*
JAERI-Research 95-051, 38 Pages, 1995/07
JAERI-Research-95-051.pdf:1.12MB
JT-60U装置における粒子閉じ込め特性を明らかにするため、水素原子挙動解析を行い粒子閉じ込め時間を定量的に評価した。まず、モンテカルロ中性粒子輸送解析コードDEGASを、周辺プラズマパラメータを求める簡易ダイバータコードと組み合わせ、JT-60U実験条件のもとで計算できるように整備した。次に、このコードの計算結果と放射光測定結果との比較から、水素原子の主プラズマへの侵入過程を明らかにし、主プラズマでのリサイクリングによる荷電粒子生成数を評価した。さらに、粒子バランスを定量的に解析し、粒子閉じ込め時間を求めた。この解析を、JT-60U装置のLモード、Hモードプラズマにおいて系統的に行い、粒子閉じ込め時間のデータベースを得た。
竹永 秀信*; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 辻 俊二; 嶋田 道也; 菊池 満; 内野 喜一郎*; 村岡 克紀*
Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.429 - 432, 1995/00
被引用回数：20 パーセンタイル：85.38(Materials Science, Multidisciplinary)JT-60Uにおいて、中性粒子輸送解析コードDEGASを用いて行った中性粒子挙動解析と、その結果を用いて行った粒子閉じ込め解析について発表する。JT-60Uでは、壁からのリサイクリングによる中性粒子は、その多くがメインプラズマに達するまでに電離してしまうために、粒子閉じ込め解析を行うには、メインプラズマへの中性粒子の侵入過程を定量的に評価する必要がある。DEGASコードで評価した真空容器内全体で電離する中性粒子の内、メインプラズマ内で電離する割合は、Lモードで4-8%、Hモードで30%程度である。両者の違いは、ダイバータ部の密度の違いに起因している。この結果を用いて評価した粒子閉じ込め時間は、Lモードでは密度の上昇と供に小さくなり、Hモードでは大きくなる傾向を示した。さらに粒子閉じ込めとエネルギー閉じ込めの関係について議論する。
竹永 秀信; 清水 勝宏; 朝倉 伸幸; 辻・飯尾 俊二*; 嶋田 道也; 菊池 満; 内野 喜一郎*; 村岡 克紀*
Nuclear Fusion, 35(7), p.853 - 860, 1995/00
被引用回数：4 パーセンタイル：24.62(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの高イオン温度Hモードにおける、粒子閉じ込め特性について議論した。まず中性子輸送解析コードDEGASとDの放射光測定を組み合わせた、中性粒子挙動解析より、粒子閉じ込め時間(
)の定量的評価を行った。その結果、は平均電子密度に強く依存すること、とエネルギー閉じ込め時間の比は1-2の範囲にあること、周辺のイオン温度とともにが増加することを明らかにした。さらに周辺部でのパワーバランスにおける、粒子閉じ込めの役割を調べるために、粒子閉じ込めに関連するパワー損失である荷電交換損失および熱滞留損失を定量的に評価した。またこれらの値を用いて、熱伝導損失を見積り、最終的に熱伝導係数(x)を求めた。その結果、周辺パワーバランスにおける、荷電交換損失および熱対流損失の寄与は小さく、周辺のxが大きく変化することを示した。
辻 俊二
Fusion Engineering and Design, 15, p.311 - 324, 1992/00
被引用回数：9 パーセンタイル：65.13(Nuclear Science & Technology)トカマクにおける粒子閉じ込め時間の実験的測定についてレビューする。グローバルな粒子閉じ込めは、プラズマ境界付近で循環している粒子束で主に決まっている。この循環粒子束は、H
線強度を計測することから見積もることができる。グローバルな粒子閉じ込め時間は、小型トカマクでは線平均電子密度にほぼ比例するが、一方、大型トカマクでは電子密度とともに減少する。これは装置が大型化するにつれて、循環粒子がますますプラズマ境界に局在化するためである。粒子閉じ込め時間はエネルギー閉じ込め時間と同様に、加熱パワーとともに減少する。イオン種依存性などの他のパラメータ依存性は明らかにされていない。従って、トカマク炉を設計するための粒子閉じ込めに関するデータベースは不足している。
清水 勝宏; 伊丹 潔; 久保 博孝; 朝倉 伸幸; 嶋田 道也
Journal of Nuclear Materials, 196-198, p.476 - 480, 1992/00
被引用回数：40 パーセンタイル：94.25(Materials Science, Multidisciplinary)実験データに基づいて、ダイバータ輸送特性を解析するコードを開発した。静電プローブで測定されたダイバータ板での密度、温度を境界条件に、一次元流体方程式を数値的に解く。中性粒子の輸送は、モンテカルロ法で、二次元配位のもとに模擬する。このコードを用いてJT-60Uのダイバータ特性の解析を行なった。ジュール加熱時の低密度プラズマで、フラックスの増倍率が2程度と小さいにもかかわらず、10eV程度と温度の低いダイバータプラズマが実現されているのは、主プラズマでの放射損失が大きく、粒子束が2~3
10
s
程度と高いためである。主プラズマに注入する中性粒子の量より、主プラズマの粒子閉じ込め時間は、70~120msecである。計算で得られたスクレイプ層での電子温度分布、熱流束分布より、熱拡散係数を評価すると、3m
/s程度である事が明らかになった。
辻 俊二; 細金 延幸; 伊丹 潔; 久保 博孝; 西谷 健夫; 嶋田 道也; 小出 芳彦; 西野 信博*; 杉江 達夫; 永島 圭介; et al.
JAERI-M 91-195, 47 Pages, 1991/11
改善ダイバータ閉じ込め(IDC)と呼ぶ現象が、JT-60の下X点配位で観測された。すなわち、ダイバータ部での放射パワーが加熱入力の50%にも達する遠隔放射冷却が実現し、かつエネルギー閉じ込めが20%改善した状態が、主プラズマでの不純物の蓄積を起こすことなく数秒間持続する。IDCとなる電子密度の閾値は、加熱パワーに対してほぼ比例し、安全係数を高めると下がる。トロイダル磁場の向きにより粒子循環のトーラス内外非対称性が変化し、閉じ込めに改善があるのは、イオンVBドリフトがX点に向いているときのみである。これらの観測事実は、セパラトリクス付近での衝突効果による粒子束の変化が改善ダイバータ閉じ込めの発生に絡んでいることを示唆している。
清水 勝宏; 嶋田 道也; 滝塚 知典
JAERI-M 91-161, 23 Pages, 1991/10
実験データに基づいてダイバータ及びスクレイプ・オフ層の輸送解析を行なうために、簡易ダイバータプラズマを開発した。磁力線を横切る拡散は、磁力線方向の流れに対して、その効果は小さいので、磁力線方向1次元の流体方程式を数値的に解く。従来のダイバータコードと異なり、境界条件として、ダイバータプレートでのプラズマパラメータ(それは、ラングミュアー・プローブで測定される。)を固定する。中性粒子の輸送は、実平衡配位と壁の幾何形状を含むモンテカルロコードによって、2次元で扱う。プラズマと中性粒子との相互作用は、繰り返し計算によって、コンシステントに解く。従来のダイバータコードに比べて、著しく計算時間が短縮され、ダイバータ輸送を系統的に解析する事が可能となった。このモデルをJT-60Uの初期ジュール加熱プラズマに適用し、主プラズマの粒子閉じ込め時間、スクレイプ層での熱拡散係数を評価した。
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610
m
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。
辻 俊二
核融合研究, 63(6), p.460 - 481, 1990/06
トカマクにおける粒子閉じ込めに関する測定についてレビューを行う。グローバルな粒子閉じ込めは、主としてプラズマ境界で循環している粒子束によって決まっている。これについては、H線強度から評価することが可能である。グローバルな粒子閉じ込め時間は、小型装置で12線平均電子密度にほぼ比例して長くなる。一方、大型装置になると粒子循環がよりプラズマ境界付近に局在化するために、粒子閉じ込め時間は電子密度に反比例する。トーラス対称性のよいダイバータ配位において加熱プラズマの粒子閉じ込め時間を系統的に測定しているのはJT-60のみである。その結果によると、エネルギー閉じ込め時間と同様に粒子閉じ込め時間は近似的に加熱パワーの平方根に反比例する。主プラズマ及びスクレープ・オフ層での粒子輸送についても、議論する。
辻 俊二; 牛草 健吉; 池田 佳隆; 今井 剛; 伊丹 潔; 根本 正博; 永島 圭介; 小出 芳彦; 河野 康則; 福田 武司; et al.
Physical Review Letters, 64(9), p.1023 - 1026, 1990/02
被引用回数：55 パーセンタイル：88.38(Physics, Multidisciplinary)トカマクのリミタ放電において、低域混成波電流駆動によるHモードが世界で初めて実現された。1.74+2.23GHzや1.74+2.0GHzのように、2つの異なる周波数で高周波パワーを加えるのが、Hモード達成に効果的である。水素プラズマにおいて高周波パワーのしきい値は1.2MWであり、ジュール加熱パワーと同等であるくらい低い。プラズマ表面に局在化した不安定性をともなわない準定常状態が、顕著な不純物の蓄積を起こすことなく最大3.3秒間持続した。エネルギー閉じ込め時間の改善は最大30%であるが、それは粒子閉じ込め改善による電子密度上昇で大部分嫁いでいる。高周波パワーがビームイオンに吸収されるとHモードからLモードに遷移することから、低域混成波によって発生する高速電子がHモード実現に有利に働いている可能性がある。
山田 喜美雄*; 辻 俊二; 清水 勝宏; 西谷 健夫; 永島 圭介; JT60チーム
Nuclear Fusion, 27(8), p.1203 - 1211, 1987/08
被引用回数：25 パーセンタイル：64.13(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60におけるジュール加熱及び中性粒子加熱プラズマの粒子閉じ込めとリサイクルリング特性を粒子バランス方程式を使って求めた。リサイクリングにより供給されるイオン数は、フォトダイオードで測定したH
線強度から、又ガス注入の効率は、ガス注入停止前後の電子密度の変化率から決定した。ジュール加熱ダイバータプラズマの粒子閉じ込め時間は、電子密度にほぼ逆比例して減少した。中性粒子入射により粒子閉じ込め時間は、約1/2に減少するが電子密度依存性は変化しない。ジュール加熱プラズマの実効的粒子閉じ込め時間は、電子密度に比例して増加した。それに対し、中性粒子加熱プラズマのそれは、加熱パワーとともに減少したが、電子密度には依存しなかった。しかし、ジュール加熱及び中性粒子加熱放電ともに、ガスパフにより電子密度の制御が可能であることが分った。
清水 勝宏; 安積 正史
JAERI-M 87-028, 28 Pages, 1987/03
トカマクにおける中性粒子の輸送解析は、プラズマ粒子及びエネルギ-・バランスの評価に、また不純物のスパッタリング,NBI加熱の荷電交換損失等の評価に重要である。JT-60の中性粒子の二次元分布について調べる為、モンテカルロ法に基づく輸送コ-ドを開発した。このコ-ドを用いて、ジュ-ル加熱実験の粒子閉じ込め時間の評価を行った。また、NBI加熱時における高ベ-タプラズマの平衡が、中性粒子の密度分布に どう影響するかについて調べた。
山田 喜美雄*; 小出 芳彦; 清水 勝宏; 平山 俊雄; 吉田 英俊; 辻 俊二; 木島 滋
JAERI-M 86-057, 17 Pages, 1986/03
プラズマ粒子の時間変化を表す方程式を用いて、JT-60のジュール加熱ダイバ-タ放電の粒子バランスを検討した。リサイクリングによるプラズマ粒子の供給量は、フォトダイオードで測定したH
線の輻射光子数から、又注入ガスのうちプラズマになる割合は、プラズマ電流-定期間の途中でガス注入を止めた放電を用い、ガス注入停止前後の電子密度の変化率から計算した。これらの結果から得られた粒子閉じ込め時間は、電子密度が(1-3.6)10
/mの範囲で増加する時、130ms
60msまで減少した。リサイクリング率は、電子密度の増加と共に1に漸近したが、1を越えなかった。電子密度の減衰時定数に対応する実効的粒子閉じ込め時間は、電子密度とともに0.5s1.6sまで増加した。これらの結果からジュール加熱ダイバ-タ放電では電子密度はガス注入で制御できることがわかった。
