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La Haye, R. J.*; Prater, R.*; Buttery, R. J.*; 林 伸彦; 諫山 明彦; Maraschek, M. E.*; Urso, L.*; Zohm, H.*
Nuclear Fusion, 46(4), p.451 - 461, 2006/04
被引用回数：151 パーセンタイル：97.55(Physics, Fluids & Plasmas)新古典テアリングモード(NTM)は、ITER標準シナリオにおいては理想キンク限界よりも低いベータ領域で発生し、プラズマ性能を制限する主要な要因となる。ポロイダルモード数
,トロイダルモード数
のNTMは、(1)NTM成長率が最大となる特徴的な「限界」磁気島幅,(2)無変調のco方向の電子サイクロトロン電流駆動(co-ECCD)による「飽和した」3/2 NTM磁気島の安定化に関する実験研究が特に進んでいる。ASDEX-Upgrade, DIII-D, JETにおけるベータ・ランプダウン実験(ベータ値を徐々に下げる実験)から、
のNTMを(ECCDなしで)消滅させるための限界ベータ値が決定された。このデータと、ASDEX-Upgrade, DIII-D, JT-60UにおけるECCDによる3/2 NTM安定化実験(ベータ値はほぼ一定)との比較を行った。その結果、両方の実験データセットにおいて、NTMが消滅する磁気島幅はイオンバナナ幅の約2倍であることが明らかになった。解析にあたり、4装置ASDEX Upgrade, DIII-D, JET, JT-60Uにおける飽和磁気島幅を評価する共通の方法を開発した。また、この比較で得られたモデルを用いてITERにおけるECCDを用いた, 2/1のNTMの安定化の評価を行った。その結果、ITERの上方ECCD入射方式は、磁気島幅を大幅に減少させるのに有効であることが明らかになった。また、ECCDは、ITERにおいてモードロックを回避するのにも有効であることがモデル計算により明らかになった。
土屋 勝彦; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; et al.
Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1599 - 1605, 2006/02
被引用回数：1 パーセンタイル：9.98(Nuclear Science & Technology)JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)は、経済的な核融合炉の実現を目指した定常高ベータプラズマ運転の実証が重要なミッションの一つである。現在、プラズマ形状及びアスペクト比について広いパラメータ領域で研究を行えるように、装置の物理的・技術的設計検討を進めている。本装置の目標とする高ベータプラズマは、自由境界MHD安定性限界を超えた領域にあるため、電子サイクロトロン加熱による新古典テアリングモードの抑制に加えて、安定化板及び容器内コイルを用いた壁不安定性モードの抑制など、さまざまなMHD不安定性の制御手法を駆使する必要がある。それらを踏まえて、今回は、高ベータと臨界条件クラスのプラズマを同時に達成できるプラズマパラメータの解析評価、及び自由境界MHD安定性限界を超えた高ベータプラズマの非誘導電流駆動制御シナリオの検討結果について報告する。また、広いパラメータ領域で定常高ベータプラズマ運転を実現させるための装置設計の現状に関して、超伝導コイル及び放射線遮へい材を中心に報告する。
牛込 雅裕*; 井手 俊介; 伊藤 智之*; 上瀧 恵里子*; 御手洗 修*; 白岩 俊一*; 鈴木 隆博; 高瀬 雄一*; 田中 茂利*; 藤田 隆明; et al.
Nuclear Fusion, 46(2), p.207 - 213, 2006/02
被引用回数：11 パーセンタイル：37.01(Physics, Fluids & Plasmas)中心ソレノイド(CS)を全く用いない、トカマクプラズマの立ち上げに関する研究成果についての論文。JT-60トカマクにおいて、完全CS無しの状態でヌル点が存在しない場合でも電子サイクロトロン波(ECRF)入射と外部ポロイダルコイルの電流変化で100kAのプラズマ電流(Ip)が立ち上がることを実証した。立ち上げに必要な条件(ECRFパワー,トロイダル磁場等)を明らかにした。また、CSをほとんど用いない状態で中性粒子ビーム(NB)のみによりIp=260kAを1秒維持することに功した。さらに同様の条件で、ECRFとNBのみでIpを215kAから310kAへランプアップさせることに成功した。高閉込め負磁気シア放電において、自発電流によるオーバードライブを示す結果を得た。
諫山 明彦; JT-60チーム
Plasma Science and Technology, 8(1), p.36 - 40, 2006/01
被引用回数：4 パーセンタイル：14.66(Physics, Fluids & Plasmas)新古典テアリング不安定性(NTM)は正磁気シアプラズマにおいて理想限界よりも低いベータ領域で発生し、プラズマ性能を制限することから、その抑制手法の確立が急務となっている。JT-60UではNTMの抑制手法として、(1)NTM発生位置への電子サイクロトロン電流駆動/加熱によるNTMの安定化,(2)圧力・電流分布の最適化によるNTMの回避に取り組み、それぞれにおいて重要な知見を得て来た。本講演では、NTMの抑制; 安定化と回避に関してJT-60Uで得られた成果と課題を発表する。NTMの抑制においては、不安定化に働く自発電流項の寄与の減少、または安定化に働く分極電流項の寄与の増大が重要である。NTMを抑制した放電及びNTMが発生した放電の圧力・電流分布の発展をシミュレーションを援用して解析することにより、後者の寄与が大きいことが明らかになった。また、電子サイクロトロン電流駆動によるNTM安定化においては、電子サイクロトロン波のビーム幅,電子サイクロトロン駆動電流密度により安定化効果が大きく変わることを明らかにするとともに、安定化のために要請される電子サイクロトロン波のビーム幅と駆動電流密度の関係を明らかにした。
高津 英幸; 小西 哲之*
プラズマ・核融合学会誌, 81(11), p.837 - 902, 2005/11
核融合実験炉(ITER)の次の段階である発電実証プラントに向けた工学課題のうち、発電ブランケットと構造材料開発以外の工学課題に関して、その目標と研究開発の現状を解説する。具体的には、高熱負荷機器,超伝導磁石,トリチウム・システム,加熱電流駆動技術,遠隔保守技術をおもに取り上げ、それらの技術課題に関して、ITERの目標性能と比較することにより発電実証プラント段階で要求される性能を紹介し、併せて、現在実施されている研究開発の現状と今後の見通しを述べる。
藤田 隆明; 鈴木 隆博; 及川 聡洋; 諫山 明彦; 波多江 仰紀; 内藤 磨; 坂本 宜照; 林 伸彦; 濱松 清隆; 井手 俊介; et al.
Physical Review Letters, 95(7), p.075001_1 - 075001_4, 2005/08
被引用回数：14 パーセンタイル：60.97(Physics, Multidisciplinary)軸対称トーラス形状の磁場閉じ込め高温プラズマにおいて、いったん中心部の電流密度がゼロ近傍となる(電流ホール)と、電気伝導度が高いにもかかわらず、中心部で電流が流れないことを発見した。この電流クランプは、JT-60Uトカマクの実験において、トロイダル電場や高周波を用いた電流駆動に対して観測された。これは、軸対称トーラスプラズマにおける新しい、硬直な、自己組織化された磁場構造である。
岡野 邦彦*; 鈴木 隆博; 梅田 尚孝; 日渡 良爾*; 正木 圭; 飛田 健次; 藤田 隆明
プラズマ・核融合学会誌, 81(8), p.579 - 580, 2005/08
トロイダル系では中性粒子ビーム入射により生成されトーラスを循環する高速イオンが中性粒子ビーム自身の停止断面積に影響を与える。この効果は主著者(岡野)により初めて提案され「ビーム粒子自己相互作用(BPSI)」と名付けられた。最近のJT-60Uにおける350keV軽水素原子ビーム入射実験によって、世界で初めてこのBPSI効果を同定した。電子密度1
10
m
程度の低密度放電においてビームの突き抜けはビーム入射開始後数100ms以内に35%減少した。この結果はBPSI理論による予言と一致する。
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。
長崎 百伸*; 諫山 明彦; 林 伸彦; 小関 隆久; 武智 学; 大山 直幸; 井手 俊介; 山本 聡*; JT-60チーム
Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11
本論文では、JT-60Uにおける電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)による
の新古典テアリングモード(NTM)の安定化研究の成果を記述している。NTMの成長が飽和した後にECCDを行った場合とNTMの発生前にECCDを行った場合(早期入射)とで安定化効果の比較を行った結果、NTM発生前にECCDを行う方が安定化効果が大きいことが明らかになった。また、第2高調波XモードのECCDによりNTMを安定化し
を5秒間維持することに成功した。さらに、NTMを記述する修正Rutherford方程式を1.5次元輸送コードTOPICSに統合することによりNTMの成長・消滅過程のシミュレーションを行った。その結果、シミュレーションはNTMの時間発展に関する実験結果をよく再現することが明らかとなった。同時に、早期入射の実験結果はシミュレーションでは再現できず、実験結果を説明するには早期EC波入射による自発電流やテアリングパラメータの変化を考慮する必要があることも明らかとなった。
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。
高橋 幸司
JAERI-Research 2004-011, 125 Pages, 2004/09
JAERI-Research-2004-011.pdf:9.32MB
本論文は、核融合プラズマの高性能化に不可欠な大電力ミリ波帯高周波加熱電流駆動装置における入射システムに関する研究について述べたものである。まず、そのシステムの最適設計に反映させることを目的とし、コルゲート導波管を用いた全長60mの伝送システムを構築し、効率88%で世界初のMWレベルの伝送実証(0.82MW-2sec)に成功し、有効性を明確にした。また、偏波の最適化によるプラズマの高効率加熱を実証し、結合性能の最適化手法を開発した。大電力ミリ波帯高周波窓に関して、人工ダイアモンド窓の1MW-定常伝送性能,ITERレベルの耐中性子照射特性等を明らかにし、ダイアモンド窓が十分に使用可能であることを示した。核融合炉用先端可動型入射システムの構造設計及び解析,核解析を行い、ほぼ全ての機器の有効性を確認した。一方、システムの支持部に許容値(10MNm)を越える電磁力が作用することが判明し、重量低減,絶縁構造等の対策が必要であることを明らかにした。将来炉(発電実証炉)用として、角形コルゲート導波管と導波管の入口側に設置する可動ミラーから構成する遠隔駆動型入射システムの提案及びプロトタイプの製作を行い、周波数170GHzでほぼ設計通り
10
の放射角制御特性が得られ大電力で遠隔駆動型ミリ波帯高周波入射システムの原理実証に成功した。
飛田 健次; 小関 隆久; 中村 幸治
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(7), p.S95 - S105, 2004/07
被引用回数：10 パーセンタイル：32.04(Physics, Fluids & Plasmas)ホール半径r/a=0.6の電流ホールを持つ核融合プラズマにおけるアルファ粒子閉じ込めとビーム電流駆動を数値解析により評価した。このように広い電流ホールが存在する場合、通常アスペクト比(約4)のトカマク炉では15%を超えるアルファ粒子損失が生じうることを示した。一方、低アスペクト比(約2)のトカマク炉は、リップル率の急速な減衰及び磁力線構造の点でアルファ粒子閉じ込めに優位であり、このような電流ホールに対しても損失は2%程度に抑えられる。ビーム電流駆動という観点では、電流ホールプラズマは要請するビームエネルギーが低く既存技術で対応できるという利点がある反面、電流ホールの維持のために必要な電流分布と実際の電流駆動分布がそろわない問題があり補助的な利用に限られる可能性がある。
松川 誠; JT-60SC設計チーム
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), p.1399 - 1404, 2004/06
被引用回数：4 パーセンタイル：28.63(Engineering, Electrical & Electronic)将来の核融合炉を魅力的なものとするためには、プラズマの定常高ベータ化研究や、低放射化フェライト鋼とプラズマとの適合性試験などを推進する必要がある。これらの観点に立って、我が国においてはトカマクでの核融合研究をJT-60装置において重点的に実施することが、文部科学省の科学技術・学術審議会で合意されている。平成14年度の装置設計案をベースに、プラズマ形状やダイバータ配位等についてより広い運転パラメータへ拡張できる装置としての柔軟性を確保するため、クライオスタットの形状を改善して、既存NBIタンクとの空間干渉が回避できる範囲でトロイダル磁場コイルのサイズを最大化した。これにより、オープンダイバータ配位においては、アスペクト比2.8を実現した。今回の最適化検討で特筆すべきことは、可能な限り高い電流密度で運転することで、超伝導線材の利用率を向上させることにより、使用する超伝導線材の総量をむしろ減少させたことである。講演では、本装置の超伝導マグネットシステムを中心にして、装置全体の設計最適化についても述べる。
鈴木 隆博; 井手 俊介; 濱松 清隆; Petty, C. C.*; Lao, L. L.*; 諫山 明彦; 藤田 隆明; 池田 佳隆; 関 正美; 森山 伸一; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 80(6), p.511 - 515, 2004/06
電子サイクロトロン波電流駆動(ECCD)の理論の検証は電子の衝突緩和に比べて小さなトロイダル電場
や低パワー密度
の領域に未だ限られている。JT-60UではEC加熱パワーの増強により、電場とパワー密度を拡大した領域で実験が可能になった。本領域ではトロイダル電場またはEC波加熱により電子の速度分布が大きく歪み、ECCDの効率に影響することが予想される。本研究では、実験で測定したEC駆動電流及びその分布を、線形または非線形のFokker Planck計算と比較し、速度分布関数の歪みの効果を議論する。実験と線形計算による規格化電流駆動効率
の比
の規格化電場
及び規格化パワー
に対する依存性を調べた。
, 
はそれぞれDreicer電場,
単位の電子密度である。実験では、の増加とともには負の方向に絶対値が増加し、両者はほぼ線形の依存性を示した。
, 
では、誤差の範囲で
は
に一致した。が負の方向に絶対値が大きくなるにつれ、またが大きくなるにつれ、は減少する傾向を示した。ここでEC駆動電流の方向をトロイダル電場の正方向とする。 
, 
では、は0.68になり、線形コードはを過大評価していると考えられる。本線形計算は、トロイダル電場が負の方向に大きくなると電流駆動効率を過大評価し、加熱パワー密度の増大による非線形効果が大きくなると過小評価する傾向がある。実験結果は、これら2つの効果を考えることにより説明できる。
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
被引用回数：31 パーセンタイル：69.25(Physics, Fluids & Plasmas)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。
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
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。
及川 聡洋
JAERI-Research 2003-028, 134 Pages, 2004/01
JAERI-Research-2003-028.pdf:7.73MB
負イオン中性粒子ビーム(N-NB)による電流駆動の研究を行った。動的Stark効果偏光計を用い、N-NB駆動電流を広範囲な電子温度領域にわたって計測した。NB電流駆動はビームエネルギーと電子温度とともに増加するという理論予測を検証した。プラズマ電流1.5MAにおいて高閉じ込め,高ベータ,完全電流駆動,NBの電流駆動効率の最高値
を同時達成した。これらの結果は将来の核融合炉におけるNB電流駆動性能の予測性にさらなる信頼を与えた。一方、MHD不安定性によりNB電流駆動が減少することも判明した。ビーム駆動型不安定性によりN-NB高速イオンが輸送され駆動電流が7%減少した。新古典テアリングモードについては、中性子発生率と高速イオン圧力の計測値と理論値の比較から、磁場揺動の増加とともに高速イオン損失が増大すること,粒子のエネルギーが高い程より大きな輸送をうけることを明らかにした。
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。
長崎 百伸*; 諫山 明彦; 井手 俊介; JT-60チーム
Nuclear Fusion, 43(10), p.L7 - L10, 2003/10
被引用回数：48 パーセンタイル：79.65(Physics, Fluids & Plasmas)高ベータトカマクプラズマにおいては自発電流により新古典テアリングモード(NTM)が発生する可能性がある。NTMは閉じ込め性能を劣化させるので、電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)により安定化する必要がある。これまで、JT-60UではNTMの成長が飽和した後に電子サイクロトロン(EC)波を入射し安定化を実証してきたが、今回、ECをNTM発生前に入射(「早期EC入射」と呼ぶ)したときのNTMの抑制効果を調べた。その結果、早期EC入射によりNTMの揺動レベルが抑えられることや、NTMを完全に抑制するために必要なECパワーが約20%低減できることが明らかになった。また、早期EC入射の場合でも、NTM抑制効果はEC入射角に強く依存することが明らかになった。
高瀬 雄一*; JT-60チーム
AIP Conference Proceedings 694, p.235 - 242, 2003/05
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。
