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坂本 宜照; 井手 俊介; 吉田 麻衣子; 小出 芳彦; 藤田 隆明; 竹永 秀信; 鎌田 裕
Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A63 - A70, 2006/05
被引用回数：34 パーセンタイル：73.6(Physics, Fluids & Plasmas)トロイダル回転やその勾配は、プラズマの輸送や安定性に大きな影響を与える要素の一つである。現在のトカマク装置では中性粒子ビームにより大きなトロイダル回転速度を発生/制御することができるが、核融合炉では運動量入力が小さいためそれらは困難である。そこでJT-60Uのさまざまな閉じ込め運転モードプラズマにおいて、電子サイクロトロン(EC)波入射によるトロイダル回転速度分布の応答を調べた。内部輸送障壁を持つ正磁気シアプラズマでは、トロイダル回転速度がCTR方向に変化し内部輸送障壁が劣化する。一方で負磁気シアプラズマでは大きな変化はない。また低加熱パワー入力のLモードプラズマでは、CO方向に変化した。プラズマの分布の差異によるEC入射に対するトロイダル回転速度分布の応答について報告する。
竹永 秀信; 大山 直幸; Bruskin, L. G.*; 間瀬 淳*; 滝塚 知典; 藤田 隆明
Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A401 - A408, 2006/05
被引用回数：6 パーセンタイル：21.5(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの負磁気シアプラズマにおいて、ペレット入射や電子サイクロトロン入射等の外部摂動を与えた場合に、閉じ込め性能のさらなる改善が観測されている。本発表では、その時の密度揺動と粒子輸送,イオン・電子熱輸送の変化について報告する。強い内部輸送障壁を形成した後にペレットを入射した放電では、内部輸送障壁での密度揺動レベルの顕著な減少が観測された。この時の粒子・熱バランス解析結果は、粒子輸送とイオン熱輸送は低下しているが、電子熱輸送は低下していないことを示している。一方、電子サイクロトロン入射時には、密度揺動レベルの低下を伴わない閉じ込め改善が観測されている。この時、粒子輸送とイオン熱輸送は変化しないが、電子熱輸送が低下することが観測されている。上記結果は、測定された密度揺動は粒子輸送・イオン輸送には強く関連しているが、電子熱輸送との関連は弱いことを示している。この結果は、粒子輸送・イオン熱輸送と電子熱輸送が、異なる空間スケールを持つ揺動で支配されていることを示唆している。さらに、電子サイクロトロン入射時に密度揺動が減少した放電もあり、その時の輸送特性についても報告する。
武智 学; 藤田 隆明; 石井 康友; 小関 隆久; 鈴木 隆博; 諫山 明彦; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 45(12), p.1694 - 1699, 2005/12
被引用回数：7 パーセンタイル：24.62(Physics, Fluids & Plasmas)強い内部輸送障壁(ITB)と中心に平坦な圧力区分布を有する負磁気シアプラズマは非常に高い閉じ込め性能を有するが、頻繁に低いベータにもかかわらずディスラプションに至る。ディスラプションに至るMHD揺動とMSEによる詳細な電流分布計測を行ったところ2つのタイプのディスラプションが観測された。一つは安全係数が整数付近で観測される前兆振動を伴わないものであり、もう一つは
10msの成長率を持つITB付近から表面まで広がるn=1の前兆振動を伴うものである。これらのディスラプションの特徴を説明するために次のような簡単なモデルを導入した。表面のMHD不安定性とこれと同じモード数に対応するITB付近のMHD不安定性が同時に不安定になった場合にディスラプションに至る。このモデルを用いると観測されるディスラプションは周辺部のモードがトリガーとなるものと内部のモードがトリガーとなるものに分類可能であることがわかった。
n eigenmodes in reversed shear plasmas in JT-60U negative-ion-based neutral beam injection discharges武智 学; 福山 淳*; 石川 正男; Cheng, C. Z.*; 篠原 孝司; 小関 隆久; 草間 義紀; 竹治 智*; 藤田 隆明; 及川 聡洋; et al.
Physics of Plasmas, 12(8), p.082509_1 - 082509_7, 2005/08
被引用回数：34 パーセンタイル：71.2(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの負磁気シア(RS)及び弱磁気シアプラズマ(WS)におけるアルフベン固有モード(AE)実験の結果について報告する。低
hのRS放電において負イオンNBI(NNBI)及びICRFによって加熱中に観測された急激な周波数の掃引を伴うモードは負磁気シア励起AE(RSAE)とこのRSAEからトロイダルAE(TAE)への遷移によって説明可能である。われわれはJT-60Uにおいて磁気揺動の観測と安全係数分布の計測を行い、RSAEの存在とRSAEからTAEへの遷移を初めて証明した。中性子発生率の計測によってRSAEからTAEへ遷移時に高速イオンが吐き出されることが明らかになった。
坂本 宜照; 藤田 隆明; 井手 俊介; 諫山 明彦; 武智 学; 鈴木 隆博; 竹永 秀信; 大山 直幸; 鎌田 裕; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 45(7), p.574 - 580, 2005/07
被引用回数：41 パーセンタイル：76.9(Physics, Fluids & Plasmas)高自発電流割合を持つプラズマの長時間維持に関する実験結果について報告する。まず弱磁気シアHモードプラズマでは、自発電流割合45%を電流拡散時間よりも長い5.8秒間維持することに成功した。電流分布を最適化することにより、新古典テアリング不安定性を抑制したことが長時間維持の成果に繋がった。またこの放電は、ITER定常運転シナリオに必要な大部分の要素を同時に達している。次に負磁気シアHモードプラズマにおいて自発電流割合75%を電流拡散時間より長い7.4秒間維持することに成功した。維持時間は高パワーNB入射時間で制限されている。また非常に高い閉じ込め改善度(
3.0)が得られており、非誘導電流駆動割合も90%以上に達している。電流分布と圧力分布の時間発展から準定常状態に到達している。
plasmas through stability control in Japan Atomic Energy Research Institute tokamak-60 upgrade諫山 明彦; JT-60チーム
Physics of Plasmas, 12(5), p.056117_1 - 056117_10, 2005/05
被引用回数：28 パーセンタイル：65.7(Physics, Fluids & Plasmas)経済的な核融合炉を実現するためには高ベータプラズマを定常的に維持することが不可欠であり、そのためにはMHD不安定性を抑制することが重要である。JT-60では高
Hモードプラズマ及び負磁気シアプラズマの高ベータ定常化研究を行い、以下の結果を得た。(a)高Hモードプラズマにおいて高ベータ化を阻害する新古典テアリング不安定性(NTM)の発生を圧力分布・電流分布の最適化で回避することにより
を約6秒間維持することに成功した,(b)電子サイクロトロン波を入射してNTMを安定化することによりプラズマ性能を回復し、
(
, 
)を維持することに成功した,(c)負磁気シアプラズマでは
,
,自発電流割合75%の状態を7.4秒間維持することに成功した。負磁気シアプラズマではコラプスの発生により定常維持が阻害されるが、プラズマの回転の制御が定常維持に成功した要因の1つとして考えられる。さらに、JT-60では2003年に電源・加熱・計測等の改修を行い、65秒間の放電が可能となった。2004年前半の運転では、ITERの標準運転と同程度の規格化ベータ値(
)のプラズマを電流拡散時間の2倍以上に相当する24秒間維持することに世界で初めて成功した。この間、閉じ込め性能の大幅な劣化を引き起こす不安定性は発生しておらず、ほぼ一定の電流分布が維持されている。
武井 奈帆子; 中村 幸治; 筒井 広明*; 芳野 隆治; 河野 康則; 小関 隆久; 飛田 健次; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*; Jardin, S. C.*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(12), p.1815 - 1830, 2004/12
被引用回数：3 パーセンタイル：9.99(Physics, Fluids & Plasmas)ディスラプション直前の熱消滅の際、正磁気シアプラズマではプラズマ電流分布の急激な平坦化により電流の正スパイク現象が発生する。一方、もともとの内部インダクタンスが小さい負磁気シアプラズマでは、電流分布の平坦化により内部インダクダンスが増加し、負のスパイクが発生するとされている。また、熱消滅時の急激な圧力低下によるプラズマの内向き移動によっても常に正スパイク現象が発生するとされているが、JT-60Uではこれらの解釈に反するさまざまなスパイク現象が観測されるなど、熱消滅時のプラズマ電流挙動は未だ統一的に理解されていない。本研究では、正及び負磁気シアプラズマで観測されている電流スパイク現象の発生機構を調べるため、プラズマと真空容器との電磁相互作用を含めた磁気流体シミュレーションを行った。その結果、熱消滅時の急激な圧力低下に伴うプラズマの内向き移動により真空容器表面に渦電流が誘起され、これによりプラズマ電流重心の大半径位置が小さい場合は電流が増加し、電流重心の大半径位置が大きい場合には反対に減少し得ることを初めて指摘した。また、負磁気シアプラズマにおいても、電流分布の平坦化によりさらに内部インダクタンスが下がり正スパイク現象が発生し得ることを示し、電流スパイク現象の機構について統一的な解釈を与えた。
坂本 宜照; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 小出 芳彦; 竹永 秀信; 鎌田 裕; 藤田 隆明; 福田 武司; 滝塚 知典; 白井 浩; et al.
Nuclear Fusion, 44(8), p.876 - 882, 2004/08
被引用回数：33 パーセンタイル：71.1(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおいてイオン熱拡散係数の径電場シアに対する応答を調べ、以下の結果を見いだした。(1)正磁気シアプラズマでは、コア部のイオン熱拡散係数は加熱パワーに対してLモード,弱いITB,強いITBへと変化することを示す。しかしながら負磁気シアプラズマでは、加熱パワー増大に伴うイオン熱拡散係数の上昇は観測されない。(2)正磁気シア及び負磁気シアプラズマの弱いITBにおけるイオン熱拡散係数は径電場シアの増大に伴い緩やかに低減する。弱いITBから強いITBへの変化において実効的な径電場シアの閾値が存在する。(3)負磁気シアプラズマにおける実効的な径電場シアの閾値は正磁気シアプラズマよりも小さい。
及川 聡洋; 土屋 勝彦; 栗原 研一; 川俣 陽一; 福田 武司*; 藤田 隆明; 閨谷 譲
Fusion Engineering and Design, 70(2), p.175 - 183, 2004/02
被引用回数：6 パーセンタイル：40.72(Nuclear Science & Technology)JT-60UにおいてMHD安定性制御を目的として蓄積エネルギーの実時間帰還制御を開発した。JT-60Uの幅広いプラズマパラメータ領域における各種閉じ込めモードのプラズマに対して、統計処理法を用いることにより蓄積エネルギーを高い精度で実時間検出できる。NB入射電力の調節により蓄積エネルギーがあらかじめプログラムされた波形を正確にたどることに成功した。負磁気シアモードにおいては内部輸送障壁形成の再現性が向上し、規格化ベータ値を安定領域に維持することでMHD安定性を制御することができる。また、負磁気シアモードにおいてDT換算核融合増倍率0.5を0.8秒間維持することに成功した。
井手 俊介; 鈴木 隆博; 坂本 宜照; 竹永 秀信; 藤田 隆明; 大山 直幸; 諫山 明彦; 小出 芳彦; 鎌田 裕; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 44(1), p.87 - 92, 2004/01
被引用回数：19 パーセンタイル：53.39(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおいて、高閉じ込めの負磁気シア放電において、電流分布の制御性と閉じ込めとの関連を調べた。その結果、周辺電流駆動により閉じ込め性能に重要な内部輸送障壁の位置を広げることができ、それにより閉じ込め性能を改善できうることを示した。また、中心電流駆動を組合せることにより、負磁気シア領域での安全係数を下げることができることを示した。これらの電流駆動を組合せることにより完全電流駆動を実現するとともに、ITERの先進運転シナリオで要求されている高閉じ込め性能を高規格化密度領域で実証した。一方、電子加熱が主体となる領域での内部輸送障壁の性質を調べた。高閉じ込め負磁気シアプラズマにおいては、電子加熱割合が増加しても内部輸送障壁や閉じ込め性能に大きな影響を与えないことを明らかにした。正磁気シアプラズマにおいては、電子加熱により内部輸送障壁が減衰あるいは消滅する場合が有ることを明らかにした。炉心プラズマでは電子加熱が主体となるため、これら得られた知見は重要である。
白岩 俊一*; 井手 俊介; 伊藤 智之*; 御手洗 修*; 内藤 磨; 小関 隆久; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; 高瀬 雄一*; 田中 茂利*; et al.
Physical Review Letters, 92(3), p.035001_1 - 035001_4, 2004/01
被引用回数：46 パーセンタイル：82.94(Physics, Multidisciplinary)JT-60Uにおいて、電子サイクロトロン波/低域混成派及び位置制御コイルを使うことにより中心ソレノイドをほとんど用いずにプラズマ電流を立ち上げることに成功した。これにより、自発電流割合約90%の高閉込め先進トカマクプラズマを得ることができた。
及川 聡洋; 土屋 勝彦; 栗原 研一; 川俣 陽一; 福田 武司*; 藤田 隆明; 赤坂 博美; 米川 出; 閨谷 譲
JAERI-Research 2003-027, 19 Pages, 2003/12
JAERI-Research-2003-027.pdf:1.14MB
JT-60UにおいてMHD安定性制御を目的としてプラズマ蓄積エネルギーの実時間帰還制御を開発した。プラズマ蓄積エネルギー検出に統計処理法を用いることにより、JT-60Uの幅広いプラズマパラメータ領域におけるオーミックモード,Lモード,Hモード,高ポロイダルモード,負磁気シアモードといったさまざまな閉じ込めモードに対して単一の統計処理係数セットで蓄積エネルギーの高精度実時間検出が可能となった。NB入射電力の調節により蓄積エネルギーの実績値をプレプログラムされた参照波形に正確に追従させることに成功した。負磁気シアモードにおいては内部輸送障壁形成の再現性が向上し、規格化ベータ値を安定領域に維持することでMHD安定性を制御することができる。これにより、負磁気シアモードにおいてDT換算核融合増倍率0.5を0.8秒間維持することに成功した。
竹永 秀信; 東島 智; 大山 直幸; Bruskin, L. G.; 小出 芳彦; 井手 俊介; 白井 浩; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; Hill, K. W.*; et al.
Nuclear Fusion, 43(10), p.1235 - 1245, 2003/10
被引用回数：71 パーセンタイル：88.64(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの負磁気シア及び高
モードプラズマにおける内部輸送障壁(ITB)での粒子と熱輸送の関係について系統的に調べた。ヘリウムと炭素はITB内側で蓄積しないが、重不純物のアルゴンはITB内側で蓄積することを明らかにした。ヘリウムの拡散係数とイオンの熱拡散係数は、高モードプラズマでは、新古典値より5-10倍程度大きく、異常輸送が支配的である。負磁気シアプラズマでは、ヘリウムの拡散係数はイオンの熱拡散係数とともに、異常拡散が支配的な領域から新古典値程度まで減少する。炭素及びアルゴンの密度分布は、イオンの熱拡散係数が新古典値程度まで減少していても、新古典理論から計算される分布より平坦であり、炭素,アルゴンの拡散係数は新古典値より大きい。高モードプラズマに電子サイクロトロン加熱(ECH)を適用した場合に、密度と中心部の軟X線強度が顕著に減少し、アルゴンが中心領域から吐き出されることを見いだした。このとき、密度のITBはほぼ無くなっており、それにより新古典理論で予測される密度勾配によるアルゴンの内向き速度が減少する。負磁気シアプラズマでは、ECHによる明確な密度及び軟X線強度の減少は観測されなかった。このことは、不純物の蓄積を抑えるためには、密度勾配の制御が重要であることを示している。
谷 啓二; 飛田 健次; 西尾 敏; 飯尾 俊二*; 筒井 広明*; 青木 尊之*
電気学会プラズマ研究会資料 (PST-03-39), p.13 - 18, 2003/09
非円形断面トカマク炉におけるアルファ粒子のリップル損失の検討を軌道追跡モンテカルロ(OFMC)コードを用いて行った。また、負磁気シア配位の低アスペクト比コンパクト・トカマク炉におけるアルファ粒子のリップル損失をOFMCを用いて評価した。
仙石 盛夫
電気学会プラズマ研究会資料 (PST-03-41), p.23 - 26, 2003/09
ITERや将来の核融合炉における定常運転シナリオでは、ブートストラップ電流(自発電流)の全電流に対する割合が十分大きいことが要請される。本講演では、ITERの非誘導定常運転シナリオの解析をもとに、アスペクト比(プラズマ大半径/小半径)の小さい場合にも適用可能なモデルにより、商用炉VECTOR(アスペクト比約2)についてブートストラップ電流と、外部駆動電流の分布を求めて最適化及び駆動電流のアスペクト比依存性を報告する。対象とするプラズマ放電モードは、弱負磁気シアー及び強負磁気シアーの電流ホールが発生している場合を扱った。
石井 康友; 安積 正史; 岸本 泰明; Leboeuf, J. N.*
Nuclear Fusion, 43(7), p.539 - 546, 2003/07
逆転(負)磁気シアプラズマで重要となるダブルティアリングモード(DTM)に新しい磁気再結合現象を伴う非線形不安定化過程が存在することを明らかにした。この非線形不安定化過程は、抵抗性時間スケールでの長時間成長における、磁気島の三角変形に伴った局所的な電流シート(電流点)形成に起因する。その結果引き起こされるDTMの急激な成長領域では、成長率の抵抗値依存性が非常に弱くなることがわかった。この過程は、JT-60Uの負磁気シアプラズマの低ベータディスラプションで観測されている時間遷移現象と対応する可能性がある。
石井 康友; 安積 正史; 岸本 泰明; Leboeuf, J. N.*
Nuclear Fusion, 43(7), p.539 - 546, 2003/07
被引用回数：26 パーセンタイル：61.38(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの負磁気シアプラズマの低ディスラプションで観測される時定数遷移現象が、ダブルティアリングモード(DTM)の非線形不安定化現象で説明できる可能性を示した。JT-60U実験データに基づく平衡配位に対して、トロイダル線形抵抗性MHD解析を行うことにより、抵抗性交換型モードが不安定なパラメータ領域においても、DTMが最大不安定モードとなりえることを明らかにした。さらに、円柱プラズマに対する非線形MHDシミュレーションを行うことにより、DTMの非線形不安定化とそれに伴う電流点形成に起因する時定数遷移現象の存在を明らかにした。また、トロイダルプラズマに対する非線形MHDシミュレーションを行うことにより、乱雑磁場中でも電流点が形成されることを示し、トカマクプラズマ中での電流点の実現可能性を示した。
飛田 健次; 中山 武*; Konovalov, S. V.; 佐藤 正泰
Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(2), p.133 - 143, 2003/02
被引用回数：35 パーセンタイル：70.78(Physics, Fluids & Plasmas)高い安全係数を持つ負磁気シアでは、トロイダルリップルによる
粒子損失の増大が問題になる。このような損失を抑制する方法としてITERではフェライト鋼装着によるリップル磁場の平滑化を考えており、この方法の評価は高エネルギー粒子に関する国際トカマク物理活動(ITPA)の重要課題であった。本稿は、ITPAのタスクとして実施したシミュレーション結果をまとめたもので、粒子損失低減に対してフェライト鋼装着が極めて有効であるを示す。フェライト鋼の装着位置及び厚さを最適化すると、粒子の閉じ込めに不利な高安全係数運転(q
=3)ですら、損失パワー割合は1%程度に抑制されることを明らかにした。
中村 幸治; 筒井 広明*; 武井 奈帆子*; 坂本 宜照; 藤田 隆明; 杉原 正芳; 小関 隆久; 飛田 健次; 小西 哲之; 飯尾 俊二*; et al.
Europhysics Conference Abstracts, 27A, 4 Pages, 2003/00
先進運転シナリオの有力なトカマク配位である負磁気シア・プラズマの放電立上げと長時間維持のための制御モデルを構築する観点から、TSCコードに内部輸送障壁(ITB)で発生する自発電流モデルを組み込み、そのシミュレーション機能を拡張した。ITBの強さと幅はプラズマ圧力分布の関数形をあらかじめ指定し、ITB脚の位置を、常にモニターした磁気シア反転の規格化半径(
)に応じて連動させた。まず、高い割合の自発電流で駆動されたJT-60U負磁気シア・プラズマについて、その典型的な電流立上げ実験の様子をほぼ完全な実配位のシミュレーションによって再現し、ITBと自発電流の数値モデルの妥当性を検証した。高ベータ化を図るうえで、ITB規格化半径を可能な限り拡大(0.5)させることが求められるが、負磁気シア・プラズマでは、誘導電流がプラズマ中心部へ浸透したり非誘導的な自発電流や外部駆動電流の分布に応じて電流分布が大きく変化する。このため、ITBの領域拡大に関する外部制御の方法を調べた。また、将来の核融合炉では超電導コイルの交流損失を低減する技術的な制約があるため、現在JT-60Uで行われている0.6MA/s程度の電流立上げ速度をできる限り遅くしつつ(0.2MA/s),低領域に導くMHD的にも安定なプラズマ立上げシナリオを探った。さらに、シミュレーションによる電流や電場の詳細分布を示し、ITBの構造や磁気シア反転位置などの条件によってはプラズマ電流立上げの際、電流ホールが形成されることを示した。
竹永 秀信; JT-60チーム
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
JT-60Uにおける電子加熱及び低中心粒子補給率での、内部輸送障壁の形成条件及び輸送特性について報告する。電子サイクロトロン加熱による電子加熱時における電子温度の内部輸送障壁形成条件について調べた結果、負磁気シアプラズマでは1MW程度の加熱パワーで強い内部輸送障壁が形成されたが、弱正磁気シアプラズマでは3MWでも強い内部輸送障壁は形成されなかった。次に、中性粒子ビームによるイオン加熱で内部輸送障壁を形成した後に電子サイクロトロン加熱を行い、その時の輸送特性について調べた。負磁気シアプラズマでは、強い内部輸送障壁はそのまま維持され、電子加熱条件下でも高い閉じ込め性能が得られた。また、電子サイクロトロン加熱と同時に中性粒子ビームパワーを低減して低中心粒子補給率としたが密度の内部輸送障壁は維持され、密度勾配による大きな新古典内向き対流速度により、アルゴン等の不純物は内部輸送障壁内に蓄積したままであった。一方、弱正磁気シアプラズマでは、イオン温度の内部輸送障壁が劣化することが観測された。また、アルゴンを入射した弱正磁気シアプラズマでは、密度分布の平坦化が観測され、同時に内部輸送障壁内に蓄積したアルゴンも排出された。これは、密度勾配の減少に伴う新古典内向き対流速度の減少で説明可能である。
