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論文

On the spatial structure of solitary radial electric field at the plasma edge in toroidal confinement devices

伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 神谷 健作; 糟谷 直宏*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(7), p.075008_1 - 075008_7, 2015/07

 被引用回数:18 パーセンタイル:19.46(Physics, Fluids & Plasmas)

分岐理論モデルに基づく孤立径電場構造に関して、トカマク及びヘリカル系プラズマの両者のプラズマ及び幾何学パラメータ依存性を理論的に調べた。その結果、理論的に予想される径電場のオーダーはトカマクのHモードプラズマにおける実験値と良い一致が得られた。一方ヘリカルでは、リップル損失輸送によって径電場のピーク値は低減する一方、その幅は大きく影響を受けないことが分かった。本論文では、Hモードペデスタル部の到達可能な圧力勾配限界値についても論じている。

論文

Comparison of transient electron heat transport in LHD helical and JT-60U tokamak plasmas

稲垣 滋*; 竹永 秀信; 居田 克巳*; 諫山 明彦; 田村 直樹*; 滝塚 知典; 下妻 隆*; 鎌田 裕; 久保 伸*; 三浦 幸俊; et al.

Nuclear Fusion, 46(1), p.133 - 141, 2006/01

 被引用回数:51 パーセンタイル:12.51(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60UとLHDの内部輸送障壁有り、及び無しプラズマでの過渡輸送特性を調べた。非線形熱輸送モデルを用いて、電子系の熱拡散係数$$chi_{e}$$の電子温度T$$_{e}$$、及び電子温度勾配$$nabla$$T$$_{e}$$依存性を明らかにした。内部輸送障壁無しプラズマでは、LHDでは$$chi_{e}$$はT$$_{e}$$におもに依存するのに対して、JT-60Uでは$$chi_{e}$$はT$$_{e}$$$$nabla$$T$$_{e}$$の両方に依存した。また、LHDでは周辺にコールドパルスを与えた場合に中心の温度が上昇する現象が観測された。JT-60Uでは、周辺部に与えられたコールドパルスに対して、パワーバランスから求めた$$chi_{e}$$では説明できない非常に速い伝搬を観測した。これらは、熱輸送の非局所性を示していると思われる。ITB有りプラズマでは、LHD, JT-60UともにITB領域でコールドパルスによる温度減少が大きくなることを観測するとともに、$$chi_{e}$$のT$$_{e}$$に対する負の依存性を明らかにした。

論文

高エネルギー粒子輸送解析のための損失粒子計測

磯部 光孝*; 篠原 孝司

プラズマ・核融合学会誌, 80(12), p.1036 - 1043, 2004/12

磁気閉じ込めプラズマの損失高エネルギーイオン計測について記述する。プラズマ中における高エネルギー粒子の計測は、系内に閉じ込められた状態を計測するものと、系外へ損失してくるものを測定するものとに分けられる。本講座で述べる損失粒子計測とは、プラズマ外へ損失してくる高速イオンを真空容器内で、エネルギー並びに時間分解よく直接的に検出し、得られた損失高速イオンデータの解析から、高速イオンの閉じ込めの様子や損失過程について調べようというものである。初めに代表的な計測法として半導体検出器,シンチレータプローブ,ファラデーカップ型プローブの基本原理の説明を行い、次に具体的な事例を紹介する。具体的な実験事例としてTFTR, JFT-2M, CHS, W7-ASのものを紹介する。

論文

Nonperturbative effects of energetic ions on Alfv$'e$n eigenmodes

藤堂 泰*; 中島 徳嘉*; 篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男; 山本 聡*

Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11

JT-60Uにおける高エネルギーイオン駆動不安定性の線形性質及び非線形時間発展を磁気流体と高エネルギー粒子のためのシミュレーションコードを用いて調べた。不安定モードの空間分布は安全係数分布が平坦なプラズマ中心付近で最大値をとる。この不安定モードの実周波数は、実験における速い周波数掃引モードの開始周波数に近い値である。シミュレーション結果は、高エネルギーイオン軌道幅と高エネルギーイオン圧力が不安定モード動径方向分布幅を非常に大きくすることを示している。調べた高エネルギーイオン軌道幅の中で最小値の場合は、不安定モードは小半径の20%以内に局在している。これは、磁気流体効果のみで誘導できる空間分布幅の上限を与える。JT-60Uの実験条件においては、高エネルギーイオンは不安定モード空間分布の半径方向の幅を、最小軌道幅の場合と比較して3倍に広げている。この不安定モードは主として高エネルギー粒子によって誘導されているのである。非線形発展においては、速い周波数掃引モードに近い率で周波数が上下に変化することが示される。JT-60Uにおける高エネルギー粒子モードに加えて、ヘリカル座標系のためのシミュレーションコードによるLHD的プラズマにおけるTAEの研究が報告される。

論文

Comparison of transient electron heat transport in LHD helical and JT-60U tokamak plasmas

稲垣 滋*; 竹永 秀信; 居田 克巳*; 諫山 明彦; 田村 直樹*; 滝塚 知典; 下妻 隆*; 鎌田 裕; 久保 伸*; 三浦 幸俊; et al.

Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11

JT-60UとLHDの内部輸送障壁有り、及び無しプラズマでの過渡輸送特性を調べた。非線形熱輸送モデルを用いて、電子系の熱拡散係数$$chi_{e}$$の電子温度T$$_{e}$$、及び電子温度勾配$$nabla$$T$$_{e}$$依存性を明らかにした。内部輸送障壁無しプラズマでは、LHDでは$$chi_{e}$$はT$$_{e}$$におもに依存するのに対して、JT-60Uでは$$chi_{e}$$はT$$_{e}$$$$nabla$$T$$_{e}$$の両方に依存した。また、LHDでは周辺にコールドパルスを与えた場合に中心の温度が上昇する現象が観測された。JT-60Uでは、周辺部に与えられたコールドパルスに対して、パワーバランスから求めた$$chi_{e}$$では説明できない非常に速い伝搬を観測した。これらは、熱輸送の非局所性を示していると思われる。ITB有りプラズマでは、LHD, JT-60UともにITB領域でコールドパルスによる温度減少が大きくなることを観測するとともに、$$chi_{e}$$のT$$_{e}$$に対する負の依存性を明らかにした。

論文

Fusion research by magnetic confinement devices in Japan

松田 慎三郎

IEEE Transactions on Plasma Science, 32(2), p.749 - 756, 2004/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

米国電気学会が主催するプラズマ科学に関する国際会議は今回で30回目を迎えるが、これを記念に初めて海外で開催されることとなった。この機会に日本の磁気閉じ込め核融合研究についてプレナリーでレビュー講演を依頼されたもの。講演の内容は我が国の核融合開発計画、とくにITERを中心とする第三段階核融合研究開発計画の具体的実施状況について紹介する。実験炉ITERと並行して進められる先進炉心プラズマ研究,材料開発などの炉工学研究、及び大学において進められているヘリカル系ミラー系などの学術的研究を紹介する。文科省や原子力委員会において進められている研究の重点化や協力研究についても言及する。

論文

Comparative study of MHD instabilities in LHD and JT-60U; Instability at $$iota/2pisim0.5$$ during counter NB

諫山 明彦; 大山 直幸; 藤田 隆明; 稲垣 滋*; 渡邊 清政*; 東井 和夫*

Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2003 - March 2004, P. 23, 2003/10

一般にヘリカル系ではプラズマ電流がトロイダル磁場と逆方向に増加するとメルシエ安定性が増加すると考えられている。しかし、LHD実験において逆方向NB入射で負方向のプラズマ電流が大きいとき、$$iota/2pisim0.5$$に局在した不安定性が観測された。この不安定性の特性を明らかにするため、NB入射方向の切替や密度スキャンの実験および計算コードによる安定性解析を行い、以下の結果が得られた。(a)NBを逆方向から順方向に切り替えた場合、プラズマ電流が負に大きい場合でも不安定性は現れなかったが、順方向から逆方向に切り替えると、逆方向NB入射後数100ms後に不安定性が現れた。このことは、不安定性の発生原因がプラズマ電流の値ではなく逆方向NB入射であることを示唆している。(b)不安定性は、正弦波状振動,鋸歯状振動、両者が混合した振動に大別できる。正弦波状振動はより高い密度領域($$bar{n_{rm e}}>0.8times10^{19}$$m$$^{-3}$$)で現れ、鋸歯状振動は低密度領域($$bar{n_{rm e}}<0.6times10^{19}$$m$$^{-3}$$)で現れる。(c)この不安定性は低磁場領域($$B=1.32$$T)でも現れた。不安定性の周波数は1-2kHzで$$iota/2pisim0.5$$に局在していて、$$B=2.75$$Tの場合と同様の特性を示す。(d)実験時の分布を用いてメルシエ安定性の解析を行った結果、一般的に考えられているように負方向に電流が増加するほど安定性が向上することがわかった。

論文

Comparison of confinement degradation in high density and particle transport between tokamak and helical

竹永 秀信; 大山 直幸; 藤田 隆明; 山田 弘司*; 西村 清彦*; 田中 謙治*; 坂本 隆一*

Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2003 - March 2004, P. 12, 2003/10

JT-60UとLHDにおいて、高密度領域での閉じ込め劣化及び粒子輸送について比較した。高密度領域での閉じ込め劣化に関しては、回転変換から求められる等価的なヘリカル系でのグリーンワルド密度とISS95スケーリングからの改善度との関係を磁気軸3.6mのLHDプラズマにおいて調べた。LHDでは最外殻磁気面近傍で回転変換が急激に増加するため、LHDでの密度限界スケーリング近傍のデータでもグリーンワルド密度比(f$$_{GW}$$)は0.6程度にとどまっている。閉じ込め改善度は、f$$_{GW}$$$$>$$0.1ではf$$_{GW}$$が大きくなるにつれて低下する傾向にある。JT-60UのELMy Hモードプラズマでは、f$$_{GW}$$$$>$$0.3-0.4でLモードからの閉じ込め改善度の低下が同様に観測される。粒子輸送に関しては、磁気軸3.9mのLHDプラズマにNBとEC加熱を行った場合とJT-60UプラズマにEC加熱のみを行った場合の比較を行った。LHDではホローな密度分布が観測されており、外向きの対流速度があるものと思われる。ガスパフモジュレーション実験から粒子輸送係数の導出を試みたが、変調成分の振幅と位相の両方の分布を満足する拡散係数と対流速度は得られなかった。一方、JT-60Uではピークした密度分布が観測されており、中心部に粒子源がないために内向き対流速度が存在していると考えられる。

論文

Key quantities for ITB formation and sustainment

藤田 隆明; Aniel, T.*; Barbato, E.*; Behn, R.*; Bell, R. E.*; Field, A. R.*; 福田 武司*; Gohil, P.*; 居田 克巳*; Imbeaux, F.*; et al.

Europhysics Conference Abstracts, 27A, 4 Pages, 2003/00

温度分布等に基づいて、内部輸送障壁の有無,強弱を定量的に判定する条件を決定することを目的として、国際内部輸送障壁データベースを用いた解析を行った。プラズマ大半径と温度勾配の特性長の比とイオンのラーマー半径と温度勾配の特性長の比の二つの量に着目した。特に後者はJETトカマクにおいてさまざまな放電条件に対して同一の基準値との大小で内部輸送障壁の有無が判定できると報告されており、その基準値がほかの装置でも成り立つかどうかが問題とされている。世界の9つのトカマクと2つのヘリカル装置からの分布データを収集して解析した結果、基準値は装置間でかなりばらつきがあり、電子系の内部輸送障壁の場合、最大で10倍の違いがあることがわかった。むしろプラズマ大半径と温度勾配の特性長の比の方がばらつきが小さく(最大で3倍程度)、イオンのラーマー半径を用いることの利点は見いだせなかった。イオン系の内部輸送障壁についても同様の結果であった。これらの結果は、内部輸送障壁の判定においてはイオンのラーマー半径以外の物理量も含めるべきであることを示している。

論文

Off-axis neutral beam current drive experiments on ASDEX Upgrade and JT-60U

Hobirk, J.*; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 福田 武司; G$"u$nter, S.*; Gruber, O.*; 諫山 明彦; 鎌田 裕; 菊池 満; Maraschek, M.*; et al.

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 27A, 4 Pages, 2003/00

ASDEXトカマクとJT-60トカマクにおいて、中性粒子ビームを用いた周辺電流駆動実験を行った。電流分布がほぼ定常になった状態で周辺部に接線中性粒子ビームを入射した。ASDEXトカマクの場合、計測された電流分布にほとんど変化はなかった。理論計算によると検出限界以上の電流分布の変化が起きるはずである。JT-60トカマクの場合は、わずかな電流分布の変化が検出されたが、電子密度が低いために理論計算モデルが適用できず、理論との比較はできなかった。一方、プラズマ表面の周回電圧の計測からは、期待される量のビーム駆動電流が流れていることが示唆された。以上の結果から、周辺部で発生した高速イオンが空間的な拡散によって、中心部へ移動し、駆動電流分布が予測通りにはなっていない可能性が考えられる。

報告書

舶用原子炉(MRX,DRX)蒸気発生器伝熱管の簡易流力振動評価

斉藤 和男*; 石田 紀久

JAERI-Tech 2001-039, 25 Pages, 2001/06

JAERI-Tech-2001-039.pdf:0.94MB

大型船舶用原子炉MRX及び深海調査船用原子炉DRXにおいては、蒸気発生器を原子炉容器に内装する一体型構造を採用している。蒸気発生器はヘリカルコイル貫流型であり、多数のコイル(伝熱管)が、炉心を内包する原子炉容器内筒を取り巻くようにアニュラー空間内に設置されている。この伝熱管の管外流及び管内流により発生すると予想される流力振動を簡易計算により評価し、支持点ピッチの妥当性を検討した。

論文

高エネルギー粒子、新古典輸送シミュレーション研究

岡本 正雄*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 中島 徳嘉*

プラズマ・核融合学会誌, 77(6), p.536 - 546, 2001/06

核融合プラズマに対して、著者たちがモンテカルロ法を用いて行ってきた粒子シミュレーションの研究結果と問題点を紹介する。プラズマ中に発生した高エネルギー粒子の減速過程及びその過程におけるプラズマ加熱について述べ、また、これらの過程における高エネルギー粒子の衝突性輸送について考える。第3.1節ではモンテカルロ・シミュレーションの概要・歴史を紹介する(岡本担当)。第3.2節ではトカマクの場合(濱松担当)、第3.3節ではヘリカル系の場合(村上担当)を考える。さらに第3.4節では、新古典輸送を論じる(中島担当)。本章では、著者たちが最近行ってきたモンテカルロ・シミュレーションによる研究結果を中心に概観する。

論文

Energetic Particles in Magnetic Confinement Systems

二宮 博正; 飛田 健次; Schneider, U.*; Martin, G.*; Heidbrink, W. W.*; Kolesnichenko, Ya. I.*

Nuclear Fusion, 40(7), p.1287 - 1291, 2000/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:22.5(Physics, Fluids & Plasmas)

原研那珂研究所で開催された第6回IAEA「磁気閉じ込め系における高エネルギー粒子」に関する技術会合の報告書である。トカマクにおける高エネルギーイオンの理論・実験研究が中心であったこれまでのトピックスに加え、逃走電子及びトカマク以外の磁気閉じ込め方式における高エネルギー粒子研究を加えたことが今日の会合の特徴である。本会合には60人を超える参加者があり、27件の口頭発表と19件のポスター発表が行われた。これまでトカマク中心に進められていたこの領域の研究がヘリカル装置、球状トカマク等へも拡大し、閉じ込め方式によって特徴は異なるものの基本的には同じ現象が起こることを確認できた。

論文

原子力エネルギー: 核融合研究開発

岸本 浩

日本機械学会創立100周年記念「機械工学100年の歩み」, p.155 - 157, 1997/07

わが国の核融合研究開発は、1975年JT-60が国のプロジェクトとして進めることが決定されて以降、本格的な進展を示した。1985年のJT-60完成とその2年後の目標とする臨界プラズマ条件の達成、また文部省においても1990年に大型ヘリカル装置LHDの建設に着手した。一方、次段階の自己点火を目指したITER計画が日、米、欧、ソ4極共同で開始されたのは1988年であり、現在その工学設計が進められている。

論文

Seismic test of a heat exchanger with a helically coiled tube bundle

二川 正敏; 内匠 秀樹*; 高田 昌二; 宮本 喜晟

Nuclear Technology, 118(1), p.83 - 88, 1997/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.72(Nuclear Science & Technology)

ヘリカルコイル型伝熱管群を有する中間熱交換器IHXの地震時の振動挙動は、センターパイプと伝熱管群との相互作用により複雑となることが考えられる。そこで、IHXの部分モデルを制作し、大型振動台による耐震試験を実施した。これにより、共振時には伝熱管群はセンターパイプとほぼ一体となった振動挙動を示すことが明らかとなった。さらに、伝熱管群をセンターパイプの付加質量として取り扱った簡易モデルによる解析結果を試験結果と比較した。その結果、簡易モデルはIHXの共振特性を表すために有効であるこが分った。

論文

Suppression of runaway-electrons generation during desruptive discharge-terminations in JT-60U

河野 康則; 芳野 隆治; 閨谷 譲; 近藤 貴; 伊世井 宣明; 石田 真一; 飛田 健次; 波多江 仰紀; 伊丹 潔; 逆井 章; et al.

24th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics, 21A, p.501 - 504, 1997/00

急速放電停止時における逃走電子の発生を抑制できることを実験的に示した。電流クエンチ時の大きな一周電圧により加速される電子が、逃走電子まで加速される前に大きな磁場揺動で排出されることがわかった。磁場揺動は外部ヘリカル磁場コイルの励磁により増大させることができた。典型的な値として、径方向のn=1モード磁場揺動値;B$$_{r-n=1}$$が~18ガウス(あるいはそのトロイダル磁場との比;B$$_{r-n=1}$$/B$$_{t}$$が~0.07%以上)あれば、電流クエンチ率;dI$$_{p}$$/dtが-100MA/sのときでも逃走電子発生は抑制される。

論文

Effect of Tb substitution on the helical modulation vector of YMn$$_{2}$$

中村 裕之*; 志賀 正幸*; 目時 直人

J. Magn. Magn. Mater., 163(1-2), p.L1 - L4, 1996/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.47

立方晶ラーベス相Y$$_{0.97}$$Tb$$_{0.03}$$Mn$$_{2}$$の粉末試料について高分解能中性子粉末回折装置と冷中性子三軸回折計によって、この物質のスピン構造について研究した。その結果、低温では結晶構造が磁気転移にともなって正方晶に変化し、この系のもつフラストレーションの効果によって反強磁性構造が周期530$AA$のヘリカル構造になっていることが明らかになった。さらに興味深いことにヘリカルモジュレーションの方向がYMn$$_{2}$$の[100]の方向から、Tbを置換したことによって[110]方向に変化していることが明らかになった。ヘリカル構造の起源についてはまだ明らかになっていないが、Tb置換効果はこの解明に有用な情報を提供してくれると思われる。

論文

Active control of H-mode

森 雅博

Plasma Physics and Controlled Fusion, 38, p.1189 - 1200, 1996/00

 被引用回数:10 パーセンタイル:61.41(Physics, Fluids & Plasmas)

Hモードの能動的制御に関する世界の研究状況を、(1)ELMを用いた密度制御 (2)ダイバータ板への熱流制御 (3)プラズマ内部の輸送障壁制御 に整理して報告する。(1)に関しては、ヘリカル磁場を用いたELM発生、プラズマの垂直位置制御によるELM発生等を紹介し、Hモード遷移パワーが変化することによるELM発生であること、プラズマの三角形度を高くすることによる微小ELMの発生制御について報告する。(2)では不純物をプラズマ中に入射し放射損失を増大させることによりダイバータ熱負荷を軽減する可能性、必要条件について論ずる。(3)では波動加熱による内部輸送障壁の形成、JT-60Uにおける内部輸送障壁形成条件に関する研究、高三角形度プラズマによる周辺輸送障壁の制御について、報告する。

論文

トロイダルプラズマの閉じ込め改善

木島 滋; 東井 和夫*

プラズマ・核融合学会誌, 71(2), p.109 - 126, 1995/02

最近のトロイダルプラズマ(トカマク及びヘリカル)のエネルギー閉じ込めの改善に関する実験の現状と今後の課題について概説する。閉じ込めの改善度はここ10年でLモードの約4倍に達した。トカマクではHモード等プラズマの端での閉じ込め改善、スーパーショットなど中心部での顕著な改善及び高ベータポロイダルHモードやVHモードなど両者の複合型、に分類出来る。Hモードは又ヘリカル装置でも観測されるようになり、磁場構造の違いからトカマクと相補的である。それぞれのモードについての理解の現状と問題点を述べ、電流分布や回転分布の研究を中心とした今後の課題を摘出した。又将来の定常化に向けた改善研究についても触れ、高性能トカマクの概念構築を目指す提案なども紹介した。

論文

Improvement of the density limit with an external helical field on JFT-2M tokamak

玉井 広史; 荘司 昭朗; 永島 圭介; 三浦 幸俊; 山内 俊彦; 小川 宏明; 川島 寿人; 松田 俊明; 森 雅博; 居田 克巳*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.365 - 369, 1995/00

 被引用回数:16 パーセンタイル:17.84(Materials Science, Multidisciplinary)

JFT-2Mトカマクにおける外部ヘリカル磁場の印加による密度限界の改善を、ヘリカル磁場と周辺プラズマの相互作用という観点から調べた。ヘリカル磁場を加えることによりプラズマ周辺部の放射損失が減少し、密度限界が最大30%増加した。密度限界付近での内部インダクタンスはヘリカル磁場の有無にかかわらずほぼ同じ値まで増加する。ヘリカル磁場を加えるとインダクタンスの増加が遅れるため、ヘリカル磁場のないときの限界を越えて密度を上げることができる。荷電交換再結合放射スペクトルを用いた分光測定によると、ヘリカル磁場を加えると正の径方向電場が形成されており、プラズマ周辺部での電子損失の増大と定性的に一致している。密度限界の改善は、この形成された電場が不純物イオンのプラズマ中への混入を防いで周辺部の放射損失を抑制し、内部インダクタンスの増加を抑えたことによると考えることができる。

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