Response of toroidal rotation velocity to electron cyclotron wave injection in JT-60U

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

https://doi.org/10.1088/0741-3335/48/5A/S05

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。

Heating and current drive by electron cyclotron waves in JT-60U

鈴木 隆博; 井手 俊介; 濱松 清隆; 諫山 明彦; 藤田 隆明; Petty, C. C.*; 池田 佳隆; 梶原 健*; 内藤 磨; 関 正美; et al.

Nuclear Fusion, 44(7), p.699 - 708, 2004/05

https://doi.org/10.1088/0029-5515/44/7/002

JT-60Uにおける電子サイクロトロン(EC)波による加熱と電流駆動についての研究を発表する。LH波により生成された負磁気シアプラズマの中心部にEC波を入射し、26keVの電子温度を達成した。規格化小半径0.3程度までの広い領域で電子温度は24keVを超える。電子温度16keVまでの範囲でEC波による電流駆動効率を調べ、電流駆動効率が電子温度に比例することがわかった。規格化電流駆動効率は0.16であった。捕捉粒子効果はEC波の吸収位置に依存し規格化電流駆動効率を減少させると考えられ、不安定性の抑制等のために必要な駆動電流と加熱パワーの評価に影響する。そのための吸収位置に対する依存性を調べた。トーラスの弱磁場側での吸収ではに顕著な減少が観測された。Fokker-Planck計算と合致することから捕捉粒子効果を同定した。

Direct evaluation of spatio-temporal change in current density profile applied to a discharge with neo-classical tearing mode

鈴木 隆博; 及川 聡洋; 諫山 明彦; 藤田 隆明

プラズマ・核融合学会誌, 80(5), p.362 - 363, 2004/05

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003827688

電子サイクロトロン波電流駆動(ECCD)による駆動電流を評価するために開発した解析手法を新古典テアリングモード(NTM)の発生した放電に適用した。本手法はモーショナルシュタルク効果計測を利用してプラズマ電流密度分布の空間的・時間的変化を直接評価する。NTMによる磁気島発生位置に、NTMの発生時刻と同期してプラズマ電流の局所的な減少を観測した。NTMの磁気島の大きさと関係する磁場揺動の大きさが増大するにしたがって、電流の減少が大きくなった。電流の減少は磁気島内の圧力の平坦化に伴う自発電流の減少と考えられる。また、ECCDを磁気島内で行うことによって局所的に減少した電流を補いNTMを安定化した放電において、磁場揺動強度の減少にしたがって局所的な電流の増加を観測した。平衡再構築による手法では困難と考えられたポロイダル/トロイダルモード数が3/2といった小さな磁気島の発生に伴う電流分布の空間・時間的な変化を明確に評価した初めての成果である。

Profile control and plasma start-up by RF waves towards advanced tokamak operation in JT-60U

高瀬 雄一*; JT-60チーム

AIP Conference Proceedings 694, p.235 - 242, 2003/05

https://doi.org/10.1063/1.1638033

電子サイクロトロン(EC)波入射により中心電子温度23keVを達成した。中心EC波電流駆動(ECCD)により空間的に局在したEC駆動電流密度分布が得られ、共鳴電子の拡散係数の上限はである。実験による電流駆動効率は理論で予想される値より小さいが、原因 は大きなEC駆動電流により生じた負の電場と考えられる。強磁場側と弱磁場側のECCD規格化電流駆動効率を比較し、理論的に予想されている捕捉粒子効果を確認した。低域混成波による電流駆動(LHCD)を周辺部で行い、負磁気シアプラズマにおける安全係数最小の半径と内部輸送障壁の半径を広げた。負イオンに基づく中性粒子ビーム電流駆動(N-NBCD)により電流ホールの半径を縮小した。OHソレノイドを用いずに以下の項目からなる総合シナリオを実証した。(1) RF波によるプラズマ生成と垂直磁場・形状制御磁場の誘導を用いた革新的なプラズマ立ち上げ手法,(2) 電磁誘導によらないプラズマ電流上昇,(3) 高密度かつ自発電流が支配的な高閉じ込めプラズマ。本手法により生成したプラズマは内部輸送障壁、周辺輸送障壁をともに有し、MA,において、(),,,を達成した。

Measurement of current driven by electron cyclotron waves in JT-60U

鈴木 隆博; 井手 俊介; 及川 聡洋; 池田 佳隆; 梶原 健; 諫山 明彦; 藤田 隆明; 濱松 清隆; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(1), p.1 - 9, 2002/01

https://doi.org/10.1088/0741-3335/44/1/301

JT-60Uにおいて電子サイクロトロン(EC)波による局在化した駆動電流分布を測定した。時間変化していく誘導電流はモーショナルシュタルク効果による内部磁場計測と、磁気流体平衡計算のトロイダル電流分布に新しくスプライン関数を導入することで評価した。解析からEC駆動電流がプラズマ小半径の10%より狭い領域に局在化していることが明確にわかる。測定したEC駆動電流は光線追跡法とFokker-Planckコードによる計算値と一致する。実験によるEC駆動電流分布の測定には先述の誘導電流の評価が困難なために理論との一致はこれまでほかの装置では得られていない。本研究はEC駆動電流の理論を実験的に確認したものである。EC波の吸収位置が変わったときには測定したEC駆動電流位置も変化している。電流駆動効率は7keVの電子温度に対して510A/W/mであった。

Initial results of electron cycloton range of frequency (ECRF) operation and experiments in JT-60U

池田 佳隆; 春日井 敦; 高橋 幸司; 梶原 健; 諫山 明彦; 井手 俊介; 寺門 正之; 篠崎 信一; 横倉 賢治; 安納 勝人; et al.

Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.351 - 363, 2001/01

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(00)00511-1

JT-60Uの高周波加熱として、電子サイクロトロン(EC)波による局所加熱/電流駆動の初期運転及び実験結果を報告する。本システムは、固体電流スイッチと高安定加速電源を従来の高周波加熱装置に付加することによりEC波を発振させるものであり、現在まで発振出力1MW,2秒,プラズマ入射電力0.75MW,2秒に成功した。局所加熱においては、アンテナの準光学可動鏡により、プラズマ中心から端まで、約15cmの中で加熱位置を制御できることを確認するとともに、入射の偏波条件を最適化することで、0.75MW,0.3秒の入射で中心電子温度を4.4keV上昇することに成功した。さらにNBIによる高 HモードプラズマにEC波を入射し、中心電子温度を約10keVに維持することを確認した。

Recent progress towards steady state tokamak operation with improved confinement in JT-60U

藤田 隆明; JT-60チーム

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.87 - 93, 2000/00

JT-60Uにおいては、トカマクの定常運転の科学的実証に向けて高ポロイダルベータモードと負磁気シアモードの最適化を進めている。前者においては、圧力分布の最適化により高三角度配位にて規格化ベータ2.9、Hファクター2.2~2.4を維持した。定常性能は抵抗性のMHD不安定性により制限された。電子サイクロトロン波の入射による抵抗性不安定性の振幅の減少を観測した。負磁気シアモードにおいては、等価核融合エネルギー増倍率0.5を0.8秒間維持した。維持時間は安全係数の極小値が2となった時に発生するコラプスにより制限された。高三角度の負磁気シアHモードにおいて、自発電流による負磁気シア配位の維持を実証し、定常的な圧力分布及び電流分布の下でHファクター3.6、規格化ベータ2を2.7秒間維持した。Hモードプラズマへのアルゴンガスの入射により、グリンワルド密度の70%の高密度領域においてHファクター1.4を得た。

JT-60Uにおける110GHz局所加熱/電流駆動システムの高周波入射系の基本設計

池田 佳隆

JAERI-Research 99-061, p.46 - 0, 1999/12

JAERI-Research-99-061.pdf:1.76MB

JT-60Uにおいては、高周波加熱装置の周波数を110GHzとすることで、電子サイクロトロン(EC)波による局所加熱/電流駆動が可能である。本研究では、その局所加熱/電流駆動システムの入射系の設計検討を行い、110GHzのEC波を局所的に吸収させるためのプラズマ入射条件を明らかにした。またray-traceとFokker-Plant ckの数値計算コードにより、中心電子温度が8keVの高プラズマにおいて、1MW入射時に、幅10cm程度にブートストラップ電流と同程度の電流密度の局所電流駆動が可能であることを示した。これらの結果をもとに、JT-60Uにおいて、プラズマ中心部から周辺部までの加熱/電流分布制御が可能なRFビームの入射系の基本設計を行った。

JT-60U及びJFT-2Mにおける電子サイクロトロン共鳴加熱の数値解析

濱松 清隆; 安積 正史

JAERI-M 94-062, 19 Pages, 1994/03

JAERI-M-94-062.pdf:0.71MB

トカマク・プラズマにおける電子サイクロトロン波の伝播・吸収を数値解析するために、光線追跡コードを開発した。このコードを用いて、JFT-2M及びJT-60Uプラズマを対象に数値解析を行なった。JFT-2Mに関しては、異常波の第2高調波共鳴による電子サイクロトロン波加熱によってディスラプション抑制を行なった実験について数値計算を行い、電子密度・温度とパワー吸収率の関係を解析した。JT-60Uに関しては2つの場合の解析を行なった。一つは、正常波の基本波共鳴加熱の場合、波動入射角度の制御により、プラズマ半径方向に加熱位置の制御が可能であることを示した。もう一つは、異常波による基本波共鳴加熱の場合である。電子温度が10keV以上になると、相対論効果により実効的なサイクロトロン共鳴周波数が降下する為、波動周波数を約70%下げることが可能であることを示した。

X-ray energy analysis for radio frequency current drive experiments in the DIII-D tokamak

川島 寿人; V.M.Trukhin*; J.Lohr*; R.W.Harvey*; R.James*; T.C.Luce*; C.C.Petty*; R.I.Pinsker*; R.Prater*

Japanese Journal of Applied Physics, 32(9A), p.3975 - 3984, 1993/09

https://doi.org/10.1143/JJAP.32.3975

DIII-Dトカマクにおいて、電子サイクロトロン波電流駆動(ECCD)と速波電流駆動(FWCD)が行われ、その時のX線エネルギースペクトルを測定した。ECCD中には、100keV以上の高エネルギー電子が主にプラズマ中心付近で生成され、ダウンシフトの効果で周辺部にも存在することを観測した。FWCD実験においては、2T,0.8MAの条件で最高50keV程度の高エネルギーテイルが明らかに観測された。FWCDとECCDの組み合わせにおいては、バルクの電子加熱効率がFW単独に比べ増大(e~2.310mkeV/MW)し、Coの場合よりCTRにおいてより顕著だった。(ここでCoはプラズマ電流を駆動する方向への入射波に相当し、CTRは反対方向である。)しかしECCDで生成した高エネルギー電子とFWの結合は、Coの場合により顕著だった。