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論文

Fokker-Planck simulation of runaway electron generation in tokamak disruptions

奴賀 秀男; 松山 顕之; 矢木 雅敏; 福山 淳*

Plasma and Fusion Research (Internet), 10, p.1203006_1 - 1203006_2, 2015/01

The runaway electron generation during tokamak disruptions is investigated by kinetic simulations. Three dimensional Fokker-Planck simulations (2D in momentum space and 1D in radial direction) are carried out with various values of $$tau_q$$ and the results are compared with the previous simulation results that use runaway generation rate derived by Conner and Hastie. From the simulation results, It is pointed out that the importance of the hot-tail effect for the description of the runaway electron generation mechanism with fast thermal quench.

論文

MHD instabilities leading to disruptions in low beta JT-60U reversed shear plasmas

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:26.39(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$$gamma$$$$>$$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。

論文

光学計測

河野 康則

電気学会技術報告,第1018号, p.25 - 29, 2005/05

電気学会「パルス電磁エネルギーの発生と制御調査専門委員会」は、パルス電磁エネルギーの発生と制御に関する最新動向を総合的に調査し、技術的な課題と問題点を明確にするとともに、将来の研究方向について明確な展望を得ることを目的として設置された。同委員会の報告書のうち、本稿は「第3.3節光学計測」を分担執筆したものである。内容としては、最近著者より提案した、「レーザ逆コンプトン散乱によるトーラスプラズマ中の相対論的電子ビーム診断」について取り上げた。この診断法は、トカマクプラズマ中で発生する逃走電子のエネルギー分布を能動的に計測することを主たる目的とするもので、JT-60において観測される逃走電子ビームを対象とした場合の散乱光子特性評価結果について紹介した。例えば、ビーム電子数2$$times$$10の17乗個、ビーム電子エネルギー30MeVのビームに対して、出力10J,パルス幅1nsのYAGレーザ光(波長1.06ミクロン)を正面衝突させた場合、最大散乱光子エネルギーはX線域に達すること、またS/N比としては3程度のオーダーが見込めることを示した。また、本計測法の実現には、パルスX線イメージング分光技術の開拓が必要であるとの課題提起を行った。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,13

河野 康則; 川端 一男*; 草間 義紀; 笹尾 真実子*; 杉江 達夫; 間瀬 淳*; 朝倉 伸幸; 加藤 隆子*; 高村 秀一*; 田辺 哲朗*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 81(2), p.128 - 130, 2005/02

2004年の秋季に、ITPA(国際トカマク物理活動)に関する7つの会合が開催された。「計測」グループ会合は10月に中国で行われたが、その他の6つのグループ(スクレイプオフ層及びダイバータ物理,輸送物理,閉じ込めデータベースとモデリング,定常運転,MHD・ディスラプション・制御,周辺及びペデスタルの物理)会合は第20回IAEA核融合エネルギー会議(2004年11月1日$$sim$$6日,ポルトガル,ヴィラモウラ)の翌週にリスボンのリスボン工科大学に集中して開かれた。調整委員会議長の提案で開催された全体会合をはじめ、トピカルグループの合同会合も多数開かれ、国際装置間比較実験の結果報告と活発な議論が行われた。ITPA及び国際装置間比較実験へ日本側から多くの継続した寄与が望まれることから、本会合では初めて核融合フォーラムから滞在費・旅費の補助が大学及び研究機関の研究者9名に対し行われ、各グループの重要課題の解決及び国際研究活動の進展に貢献した。2005年の会合予定も併せて示した。

論文

Characteristics of runaway plasmas in JT-60U

河野 康則; 仲野 友英; 諫山 明彦; 波多江 仰紀; 木島 滋; 大山 直幸; 近藤 貴; 玉井 広史; 久保 博孝; 朝倉 伸幸; et al.

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00

トカマクのディスラプション時に発生する逃走電子の緩和を目的として、不純物ペレット入射などの外部アクチュエータを用いた実験を実施した。その結果、不純物ペレット入射による逃走電子排出効果及び逃走電子電流減衰効果を見いだした。また、逃走電子電流の基本的な振る舞いが、逃走電子のアバランシェ過程による発生とシンクロトロン放射の効果を取り入れたAndersson-Helanderモデルに基づく減衰とのバランスで説明できる可能性を示した。他方、電流消滅時間が逃走電子により伸張されることに着目し、逃走電子を用いた電流消滅回避実験を実施した。実験では、発生した逃走電子により、電子温度が数10eV以下まで低下し、また不純物ペレットが入射された状態でも放電を維持できることが示された。このとき、プラズマ電流は指令値通りに継続及び停止を行うことが可能であった。逃走電子のダイナミクスを詳細に調べることを目的として、レーザ逆コンプトン散乱に基づく能動的,直接な診断法を新たに提案した。

論文

Numerical simulation on current spike behaviour of JT-60U disruptive plasmas

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:1 パーセンタイル:3.11(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。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,10

朝倉 伸幸; 飯尾 俊二*; 小関 隆久; 小野 靖*; 加藤 隆子*; 河野 康則; 杉原 正芳; 高村 秀一*; 田辺 哲朗*; 中島 徳嘉*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 80(7), P. 642, 2004/07

ITPA国際トカマク物理活動「スクレイプ・オフ層及びダイバータ物理」トピカルグループ会合が平成16年1月に、「MHD,ディスラプション及び制御」トピカルグループ会合が平成16年2月に、原研,那珂研究所で開催された。会合では、ITERでのプラズマ対向材の議論,新古典テアリングモードや抵抗性壁モード安定性の議論,大型トカマク共同実験の議論,Tokamak Physics Bases執筆の議論など行われた。本報告書は、当会合のまとめを報告する。

論文

最近の磁気計測事情

榊原 悟*; 栗原 研一

プラズマ・核融合学会誌, 80(5), p.364 - 371, 2004/05

磁場閉じ込めプラズマ核融合装置における磁気計測の最近の進展について解説する。長時間あるいは定常運転におけるプラズマ制御や平衡物理量評価に向けた検討が進む中で、長時間積分器の開発が一つの重要な課題となっている。また、核融合中性子の重照射環境下においても耐久性のある磁気センサー開発も同様に重要な課題である。本解説では、これら長時間積分器及び磁気センサーについて現状を概観する。

論文

TSC simulation of ITB crash and following disruption dynamics on JT-60U high-$$beta$$ reversed shear plasmas

武井 奈帆子; 中村 幸治; 河野 康則; 筒井 広明*; 小関 隆久; 飛田 健次; 杉原 正芳; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*; Jardin, S. C.*

Europhysics Conference Abstracts, 28G, 4 Pages, 2004/00

核融合炉の成立性にとって重要な課題の1つである、炉心級高ベータプラズマのディスラプション緩和の観点から、内部輸送障壁(ITB)を持つ高ベータ負磁気シアプラズマにおけるディスラプション挙動の解明が必要である。本研究では、ITBにより閉じ込め改善された領域が突如として消失するプラズマ崩壊現象を明らかにするために、JT-60Uの高ベータ負磁気シア及び正磁気シアプラズマについて、ITBで大幅に閉じ込め改善された領域がディスラプションによって崩壊する過程を、自発電流と整合する内部輸送障壁を模擬した物理モデルを組み込んだシミュレーションにより模擬した。その結果、ITBの崩壊直後には、ITBのあった領域の自発電流が急減し、それに伴い誘導電場が急増するが、誘導電流及びq分布にはほとんど変化が見られないことがわかった。このように、計測技術上困難なため全く不明であった崩壊プラズマ内部の電流密度や電場分布の物理諸量について、詳細な変動分布構造を初めて明らかにした。また、JT-60Uの高性能負磁気シア放電のディスラプションにおいて観測されている、速い電流消滅現象の背景機構について議論した。

論文

Axisymmetric MHD simulation of ITB crash and following disruption dynamics of tokamak plasmas with high bootstrap current

武井 奈帆子; 中村 幸治; 河野 康則; 筒井 広明*; 小関 隆久; 飛田 健次; 杉原 正芳; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*; Jardin, S. C.*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.6, p.554 - 557, 2004/00

核融合炉の成立性にとって重要な課題の1つである、炉心級高ベータプラズマのディスラプション緩和の観点から、内部輸送障壁(ITB)を持つ高ベータ負磁気シアプラズマにおけるディスラプション挙動の解明が必要である。本研究では、高ベータ負磁気シアプラズマについて、ITBで大幅に閉じ込め改善された領域がディスラプションによって崩壊する過程をTSCシミュレーションにより模擬した。その結果、ITBの崩壊直後には、ITBのあった領域の自発電流が急減し、それに伴い誘導電場が急増するが、誘導電流及びq分布にはほとんど変化が見られないことがわかった。このような、ITB崩壊による自発電流の消滅,誘導電場の成長及び拡散機構,それに伴う誘導電流分布の変化など、プラズマ内部の分布構造の詳細を明らかにした。また、JT-60Uの高性能負磁気シア放電のディスラプションにおいて観測されている、速い電流消滅現象の背景機構について議論した。

論文

Nonlinear destabilization and explosive growth of double tearing modes

石井 康友; 安積 正史; 岸本 泰明

Theory of Fusion Plasmas, ISPP21, p.213 - 226, 2004/00

逆転磁気シアプラズマにおける重要な電磁流体不安定性の1つであるダブルティアリングモード(DTM)の非線形不安定化過程と、それによるDTMの爆発的成長に関して報告する。DTMの長時間成長を調べるための高精度数値シミュレーションを行うことにより、新しい非線形不安定化過程とそれに付随する新しい磁気再結合過程が存在することを明らかにした。この現象はトカマクプラズマの高性能化を阻害するディスラプション現象の解明に貢献するとともに、太陽フレア等の天体プラズマにおける未解明の爆発現象の研究に貢献する可能性がある。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,8

朝倉 伸幸; 加藤 隆子*; 高村 秀一*; 田辺 哲朗*; 東島 智; 飯尾 俊二*; 小関 隆久; 小野 靖*; 河野 康則; 中島 徳嘉*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 79(11), p.1194 - 1196, 2003/11

ITPA(国際トカマク物理活動)会合が、ロシアのヨッフェ研究所・科学教育センター(サンクトペテルブルク)で開催された。今回は、「スクレイプ・オフ層及びダイバータの物理」,「MHD, ディスラプション及び制御」,「高エネルギー粒子,加熱及び定常運転」,「計測」の各トピカル物理グループの会合、及び制御に関する合同会合が行われた。日本,欧州,ロシア,アメリカ合衆国,ITER国際チーム、及び中国(オブザーバとして初参加)から多くの参加者を得て活発な議論が行われた。本報告では、各グループ会合、及び制御に関する合同会合での議論の概要を示す。

論文

Long timescale plasma dynamics and explosive growth driven by the double tearing mode in reversed shear plasmas

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。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,4

高村 秀一*; 若谷 誠宏*; 二宮 博正; 鎌田 裕; 谷津 潔*; 波多江 仰紀; 杉原 正芳; 飯尾 俊二*; 小関 隆久; 河野 康則

プラズマ・核融合学会誌, 79(1), P. 70, 2003/01

ITPAは、国際協力(日本,欧州,ロシア,米国)によりITER等の核燃焼プラズマに対する物理基盤を構築することを目的としており、7つのトピカル物理グループ及び調整委員会により活動を進めている。本稿は、マックスプランクプラズマ物理研究所(独)において平成14年10月21日から25日にかけて開催された「第3回調整委員会」,「第3回周辺及びペデスタルトピカル物理グループ会合」,「第2回MHD,ディスラプション及び制御トピカル物理グループ会合」の概要を報告するものである。

論文

Characteristics of current quenches of major disruption in JT-60U

河野 康則; 杉原 正芳; 小関 隆久; 嶋田 道也

Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00

メジャーディスラプションは、トカマク型核融合炉の真空容器やプラズマ対向機器の設計条件を与えるため、その特性の理解が不可欠である。この目的で、JT-60Uの高性能放電を含むディスラプションデータベースを構築した。このデータベースを用いて、負磁気シア放電におけるディスラプションでは、プラズマ表面の安全係数が4近傍で、かつプラズマ内部インダクタンスが0.5近傍の領域で急速な電流消滅が発生していることを見いだした。この知見は、負磁気シア放電で生ずる電流消滅現象の理解を進めるうえで、有用な基礎を与えるものといえる。

論文

Structure-driven nonlinear instability of double tearing modes and the abrupt growth after long-time-scale evolution

石井 康友; 安積 正史; 岸本 泰明

Physical Review Letters, 89(20), p.205002_1 - 205002_4, 2002/11

 被引用回数:85 パーセンタイル:91.3(Physics, Multidisciplinary)

ヘリカル対称性を仮定した抵抗性簡約化電磁流体(MHD)モデルに基づき、ダブルティアリングモード(DTM)の非線形領域に新たな非線形不安定化過程が存在することを明らかにした。この現象は、弱結合DTMがRutherford型領域において抵抗性時間スケールで緩やかに成長し、内側磁気島が強く三角変形することにより起こる(構造駆動型非線形不安定性)。このとき、三角変形した磁気島の頂点近傍の磁気再結合領域では、狭い空間領域にプラズマ電流が集中し、電流点が形成される。これは、抵抗性MHDモデルの範囲内で電流点構造が形成される可能性を示したはじめての結果である。また、このような非線形不安定化領域では、モード成長率が加速し、かつ抵抗値依存性が非常に弱くなる。このような、抵抗性時間スケールで緩やかに長時間成長した後の急激なモード成長は、実験的に観測されている抵抗性モードに起因するプラズマディスラプションと定性的に一致する。

論文

Fast plasma shutdown scenarios in the JT-60U tokamak using intense mixed gas puffing

Bakhtiari, M.; 河野 康則; 玉井 広史; 三浦 友史; 芳野 隆治; 西田 靖*

Nuclear Fusion, 42(10), p.1197 - 1204, 2002/10

 被引用回数:45 パーセンタイル:80.62(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク型核融合炉では、プラズマのディスラプション時に急激に放出される熱エネルギーと逃走電子の発生とによって、第一壁等が損傷を受けることが懸念され、その緩和・抑制を行う手法の開発が進められている。その中で、プラズマ電流を急激に減少させてディスラプションを模擬し、そこへアルゴンと水素の混合ガスをプラズマ中に入射して、逃走電子の発生を防ぎつつ放電を速やかに停止するシナリオを考案し、JT-60Uにおいて実験的に証明した。この結果、アルゴンガスは放射損失を高めて放電の高速遮断に寄与する一方、水素ガスは電子密度を高めるとともに逃走電子の抑制に寄与することが明らかとなり、混合ガスパフの有効性が示された。

論文

Disruption studies in JT-60U

河野 康則; 芳野 隆治; 閨谷 譲; 中村 幸治; 徳田 伸二; 玉井 広史

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.298 - 314, 2002/09

 被引用回数:10 パーセンタイル:57.05(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uでは、ディスラプション物理の解明及びディスラプション回避・緩和技術の開発に関する研究を精力的に実施してきており、ここで得られた成果はITERの設計に大きく貢献している。本論文は、これまでの主要成果についてレビューを行うものである。内容は以下に示す通り。(1)序論,(2)ディスラプション特性,(2.A)ディスラプションシーケンス,(2.B)熱消滅と不純物発生,(2.C)不純物混入と電流消滅,(3)ハロー電流,(3.A)ハロー電流データベース,(3.B)ハロー電流のパラメータ依存性,(3.C)ハロー電流の低減,(4)垂直移動現象(VDE),(4.A)VDEの回避,(4.B)VDEのMHDシミュレーション,(5)逃走電子,(5.A)逃走電子の発生回避及び抑制,(5.B)逃走電子の数値解析,(6)結論。

論文

Runaway current termination in JT-60U

玉井 広史; 芳野 隆治; 徳田 伸二; 栗田 源一; 閨谷 譲; Bakhtiari, M.; Khayratdinov, R. R.*; Lukash, V.*; Rosenbluth, M. N.*; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 42(3), p.290 - 294, 2002/03

 被引用回数:33 パーセンタイル:72.21(Physics, Fluids & Plasmas)

ディスラプション時に発生する逃走電子電流は、第一壁の損耗をもたらすことが懸念されている。そこで、JT-60Uにおいて、発生した逃走電子を遮断するために表面安全係数(q$$_{s}$$)を下げる方法を開発した。q$$_{s}$$が減少して、2または3となったときに発生する強い磁場揺動によって逃走電子電流が消滅することを実験的に明らかにした。その消滅機構として、プラズマ周辺部に形成される低温の磁気バブルによる磁気面の変形を通した逃走電子の閉じ込め劣化を考察した。また、磁場揺動に伴って放出される逃走電子のエネルギーによる第一壁の熱負荷と、逃走電子遮断時にバッフル板に流れるハロー電流の測定・解説結果から、本遮断方法では逃走電子による第一壁の損耗を低減できることを示した。

論文

Dynamic analyses of electromagnetic force on ferritic board for AMTEX on JFT-2M

浦田 一宏*; 鈴木 優*; 工藤 文夫*; 木村 晴行; 三浦 幸俊; 山本 正弘

Fusion Engineering and Design, 56-57, p.849 - 853, 2001/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:34.73(Nuclear Science & Technology)

真空容器の内壁を強磁性・フェライト鋼板でカバーすることがJFT-2Mの先進材料プラズマ試験(AMTEX)の第3段階で計画されている。フェライト鋼板(設計例)に対してプラズマディスラブション時に作用する全電磁力を3次元電磁場解析コードEDDY3Dを用いて計算するとともに、フェライト鋼板における磁化と渦電流の結合効果を評価した。真空容器に対してボルトで固定するフェライト鋼板の支持構造の健全性をこの計算により確認した。

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