Advanced data handling for plasma profile control in JT-60

米川 出; 末岡 通治; 細山 博己*; 川俣 陽一; 鈴木 隆博; 栗原 研一

Fusion Engineering and Design, 81(15-17), p.1897 - 1903, 2006/07

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2006.04.050

高ベータプラズマの不安定性を回避する手段としてプラズマ電流分布の実時間制御の導入が実施され始めている。実時間分布制御における全体の処理時間は、入力信号であるMSE計測,プラズマ位置,形状を算出するシステム及び分布制御計算機での演算処理時間とプラズマ制御系内のデータ通信を含めても十ミリ秒程度でなければならない。一方、位置(R,Z)と時間の関数となる分布量データは、データサイズが大きいことから、転送時間の短縮や保存容量の最小化を図ることが必要である。プラズマ規格化小半径(r)を導入して位置の次元を1つ減らし、(j(t),(t))の2次元時系列データとすることによりデータ量の縮小を図った。さらにの刻みを固定化することで、従来と同じ1次元時系列データとして取り扱うことが可能となり、放電条件設定等のマンマシンインターフェースを利用することができる。この報告では分布量制御における3次元時系列データの簡略取り扱い法についてその技術的な事項をハードウエア構成とともに述べることとする。

Overview of the national centralized tokamak programme

菊池 満; 玉井 広史; 松川 誠; 藤田 隆明; 高瀬 雄一*; 櫻井 真治; 木津 要; 土屋 勝彦; 栗田 源一; 森岡 篤彦; et al.

Nuclear Fusion, 46(3), p.S29 - S38, 2006/03

https://doi.org/10.1088/0029-5515/46/3/S05

トカマク国内重点化装置(NCT)計画は、大学における成果を取り込みつつJT-60Uに引き続き先進トカマクを進めるための国内計画である。NCTのミッションは発電実証プラントに向けて高ベータ定常運転を実現するとともに、ITERへの貢献を図ることである。高ベータ定常運転を実現するために、装置のアスペクト比,形状制御性,抵抗性壁モードの帰還制御性,電流分布と圧力分布の制御性の機動性と自由度を追求した。

Investigation of compatibility of low activation ferritic steel with high performance plasma by full covering of inside vacuum vessel wall on JFT-2M

都筑 和泰; 篠原 孝司; 神谷 健作; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 栗田 源一; Bakhtiari, M.; 小川 宏明; 星野 克道; 河西 敏; et al.

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.721 - 725, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.184

低放射化フェライト鋼は核融合原型炉のブランケットの有力な候補材料であるが、強磁性体であり不純物の吸蔵量も大きいことから高性能プラズマとの共存性の実証が不可欠である。JFT-2Mにおいては、原研炉のブランケット壁を模擬するため、真空容器の内壁全面にフェライト鋼を設置し、適合性試験を行っている。プラズマ生成,制御に関しては、フェライト鋼によって生成される磁場が、外部磁場の10%程度であることを示し、トカマクプラズマが既存の制御系で生成可能であることを示した。さらに、原型炉においても、制御に対する影響はJFT-2Mと同程度と予測されることを示した。また、原型炉で想定されている高規格化ベータプラズマに対する適合性を調べる実験を行い、フェライト鋼壁の存在下でも壁無しの安定化限界に近い、規格化ベータ3.3程度のプラズマが生成できることを実証した。この配位をベースにしてプラズマを全体的に弱磁場側の壁に近付けたところ、ディスラプション直前のモードの成長速度が壁の時定数程度(数ms)まで低減した。これは壁安定化効果の存在を示唆する。その他、低ベータでのロックトモード,Hモード遷移等にも悪影響は観測されておらず、フェライト鋼の原型炉への適用に対し、明るい見通しを与える結果が得られた。

High-beta steady-state research and future directions on the Japan Atomic Energy Research Institute Tokamak-60 Upgrade and the Japan Atomic Energy Research Institute Fusion Torus-2 Modified

石田 真一; JT-60チーム; JFT-2Mグループ

Physics of Plasmas, 11(5), p.2532 - 2542, 2004/05

https://doi.org/10.1063/1.1667487

JT-60UとJFT-2Mにおいて、経済性と環境適合性の高い魅力的な核融合炉を目指して進めている定常高ベータ化研究の成果を発表する。JT-60Uでは、bN=2.7の高ベータプラズマを7.4秒維持したが、その性能は新古典テアリングモード(NTM)で制限された。電子サイクロトロン波入射と電子温度揺動計測を組合せてNTMの実時間制御法を開発し、NTMの完全抑制に成功した。負イオン中性粒子入射を用いて高性能化を行い、完全電流駆動プラズマで世界最高の核融合積を達成した。23keVの高電子温度プラズマに電子サイクロトロン波電流駆動を行い、極めて高い電流駆動効率を達成した。JFT-2Mでは、真空容器内に低放射化フェライト鋼を全面に装着した後、内部輸送障壁を伴う閉じ込め改善により、bN=3.3に達する高ベータプラズマの生成に成功し、先進材料プラズマ適合性試験の見通しを得た。JT-60Uでは、2003年度の後半から、加熱時間を30秒へ伸長した実験を開始する。また、JFT-2Mでは2003年度の後半に、フェライト鋼壁がプラズマ安定性に及ぼす影響を調べる予定である。JT-60のコイルを超伝導化するJT-60定常高ベータ化計画は、トカマク国内重点化装置計画として科学技術・学術審議会で承認され、その詳細な検討を大学等との連携の下に進めている。

Results and future plan of JT-60U towards steady-state tokamak reactor

櫻井 真治; JT-60チーム

Plasma Science and Technology, 6(1), p.2151 - 2158, 2004/02

https://doi.org/10.1088/1009-0630/6/1/007

JT-60ではITER及び定常トカマク炉の先進トカマク運転の物理的基盤を構築するため、高ベータ,高閉込め,高自発電流割合(完全非誘導電流駆動)及びダイバータによる熱粒子制御を同時に達成し、かつ、維持することを目的として豊富な加熱装置を駆使した研究を推進し、以下に述べる成果を得た。(1)規格化ベータ=2.7の7.4秒間維持。(2)1.8MAの完全非誘導電流駆動高pHモードプラズマの達成。(3)Arガス入射及び配位調整による高密度領域での閉込め改善とELM熱負荷の緩和。これらの達成には、負イオン源中性粒子ビーム入射装置(N-NBI)の高パワー入射(6.2MW1.7秒),長パルス入射(2.6MW10秒)及び110GHz電子サイクロトロン波入射装置による高パワー入射(2.8MW3.6秒)が大きな役割を果たした。これらの結果をもとに、電流拡散時間と同程度の間、高ベータ高性能放電を維持することを目標として、加熱系及び制御系の改造を行い、本年12月よりNB加熱放電で30秒,高周波加熱放電で60秒の実験を開始する。将来的には、磁場コイルを超伝導化するとともに、プラズマのアスペクト比及び断面形状制御性等を高め、安定化板やセクターコイル等を利用して、高ベータプラズマを100秒またはそれ以上維持することを計画している。

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Chujo, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/7/314

原型炉の経済性と環境適合性のさらなる向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉と同様に強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御を持ち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。JT-60の既存設備を最大限活用し、新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現を目指し、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という重要課題に取り組むことができるよう設計を行った。

JAERI contribution to the 19th IAEA Fusion Energy Conference; October 14-19, 2002, Lyon, France

炉心プラズマ研究部炉心プラズマ計画室

JAERI-Review 2003-011, 412 Pages, 2003/03

JAERI-Review-2003-011.pdf:41.6MB

この論文集は、2002年10月14日から10月19日にかけてフランス、リヨンで開催されたIAEA主催第19回核融合エネルギー会議において発表された原研の論文とその発表資料をまとめたものである。発表論文総数32編のうち、総合講演1編,口頭発表14編,ポスター発表が17編である。国内外の研究機関や大学との共同論文8編も合わせて収録した。

JT-60の改修計画について

石田 真一; 松田 慎三郎

プラズマ・核融合学会誌, 76(6), p.601 - 603, 2000/06

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003825416

JT-60では、プラズマ物理の研究開発の面で引き続きITER計画への貢献を図るため、JT-60のコイルを超伝導化し、高性能プラズマの定常運転制御などを可能とする「JT-60コイル改修計画」を平成13年度から開始できるよう検討している。ITERの運転・実験の効率化及び定常運転原型炉概念の基礎形成を図るため、JT-60の既設備を最大限に活用して、主要な研究課題として高性能プラズマ及び高ベータプラズマの定常運転制御、そしてダイバータ熱・粒子排気の長時間制御に取り組む。この本改修の目的は、第三段階核融合開発基本計画で定められた先進的・補完的研究開発として位置付けられる。本稿は、JT-60の展望として、改修計画の概要並びにこれまでの検討の進捗等について述べたものである。

ELMy H-mode with high and high in JT-60U

鎌田 裕; 牛草 健吉; 内藤 磨; 閨谷 譲; 石田 真一; 藤田 隆明; 芳野 隆治; 菊池 満; 森 雅博; 二宮 博正

Plasma Physics and Controlled Fusion, 36, p.A123 - A128, 1994/00

https://doi.org/10.1088/0741-3335/36/7A/015

JT-60UにおけるELMのあるHモードの報告を行う。特に、プラズマ電流分布、圧力分布、安全係数の制御により、ELMのある準定常Hモードにおいて、ポロイダルベータ値~3,規格化ベータ値~3,閉じ込め改善度(Hファクター)~2を維持することに成功した。また、この時、中性粒子入射電流駆動と、ブートストラップ電流の複合による完全電流駆動を達成した。

Confinement and divertor studies in Japan Tokamak JT-60U

細金 延幸

Phys. Fluids B, 5(7), p.2412 - 2419, 1993/07

https://doi.org/10.1063/1.860725

JT-60Uにおける、Hモードと高ベータ・ポロイダルプラズマの特性について、電流分布、圧力分布、鋸歯状振動との関連において示す。閉じ込め改善において得られた主要パラメータは、T(0)=38keV、n(0)T(0)~4.410cmsec keV、H係数(=/ )は3であった。Hモードにおいては、B=4.2Tにおいてn(0)T(0)~2.510msec keVを得た。高安全係数の利点が、運転領域とダイバータの研究において得られた。すなわち、高いn実効安全係数は、ダイバータ板への熱流束の低減と、粒子リサイクリングの低減に有効である。