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論文

JT-60Uの加熱用中性粒子ビーム中の酸素量とプラズマ中の酸素量との関係

仲野 友英; 小出 芳彦; 本田 敦; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 東島 智; 竹永 秀信; 久保 博孝

プラズマ・核融合学会誌, 81(9), p.708 - 716, 2005/09

中性粒子ビーム入射実験を開始した直後では中性粒子ビームには重水素に対して8%以上の酸素が含まれており、炉心プラズマに含まれる酸素量のうち約50%が中性粒子ビームに由来するものであった。中性粒子ビームに含まれる酸素量はビーム入射を重ねるごとに減少し、約850ショット後には約1%になった。このとき、プラズマに含まれる酸素量のうち中性粒子ビームに由来する酸素量は20%以下であった。中性粒子ビームから入射された酸素のプラズマにおける閉じ込め時間は0.18秒と評価された。

論文

Experimental validation of beam particle self interaction in JT-60U by use of N-NB

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$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$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。

論文

Instability in the frequency range of Alfv$'e$n eigenmodes driven by negative-ion-based neutral beams in JT-60U

篠原 孝司; 石川 正男; 武智 学; 草間 義紀; 藤堂 泰*; Gorelenkov, N. N.*; Cheng, C. Z.*; 福山 淳*; Kramer, G.*; Nazikian, R. M.*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 81(7), p.547 - 552, 2005/07

負イオン源中性粒子ビームを用いて高速イオンの圧力の高い状態を作るとアルベン固有周波数帯にバースト状で数十ミリ秒以下の時間スケールの周波数掃引を伴った不安定性(Fast FSやALEと呼んでいる)が観測された。これらの不安定性により高速イオンの輸送が助長されていることが明らかになった。最近、自然組成ダイヤモンド検出器を用いた中性粒子束分布計測により、輸送高速イオンの共鳴的エネルギー依存性が明確に観測された。結果は輸送が、高速イオンと不安定性とが共鳴的に相互作用し、不安定性の電磁場を静的に感じて起きていることを示唆している。また、Fast FSの周波数掃引についても、粒子-MHD混成数値計算コードにより、最近、実験結果を再現する結果を得ており、波動による粒子捕捉領域の軌道周回周波数が変化することによって生じる現象であると考えられる。このような非線形現象について高速イオン圧力分布との関連について報告する。さらに、負磁気シア誘導アルベン固有モード(Reversed Shear-induced AE; RSAE)の発生をTASK/WMコードにより理論的に予測していたが、MSEによる詳細なq分布計測等を用いてJT-60においてこれを同定した。NOVA-Kコードを用いて、RSAEの安定性解析を行い、実験と数値計算の比較を報告する。

論文

Energetic neutral particle measurement with natural diamond detector in JT-60U

草間 義紀; 石川 正男; 武智 学; 西谷 健夫; 森岡 篤彦; 笹尾 真実子*; 磯部 光孝*; Krasilnikov, A.*; Kaschuck, Y.*

Proceedings of Plasma Science Symposium 2005/22nd Symposium on Plasma Processing (PSS-2005/SPP-22), p.395 - 396, 2005/00

JT-60の重水素放電による中性子/$$gamma$$線発生環境下において、天然ダイアモンド検出器を用いた高エネルギー中性粒子の測定に成功した。中性子及び$$gamma$$線のノイズを低減するため、ダイアモンド検出器をポリエチレンと鉛で覆った。そのシールドは期待通りの性能を示した。負イオン源中性粒子ビーム入射(NNBI)で生成される高エネルギーイオンによってトロイダル・アルヴェン固有モード(TAE)が励起された際に、高エネルギーイオンの輸送を示唆する中性粒子束の急激な上昇を観測した。中性粒子の上昇が観測されたエネルギー範囲は、高エネルギーイオンとTAEとの共鳴的な相互作用で予測されるエネルギー範囲と一致した。

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

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

 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

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$$beta$$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(6.2MW$$times$$1.7秒),長パルス入射(2.6MW$$times$$10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(2.8MW$$times$$3.6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。

論文

Feasibility of local fast ion distribution function measurement on JT-60U by means of neutral heating beams

Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; 草間 義紀

Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07

JT-60では、イオンサイクロトロン波を用いた少数イオン加熱によってMeV領域まで加速されたイオンは、水素様の軽元素不純物イオンとの荷電交換によって中性化され、プラズマを飛び出して中性粒子分析器で検出される。中性粒子ビーム(NB)との荷電交換で生成される水素様の不純物イオンは、トロイダル方向に動き、分析器の視線を横切る。そのため、NBが分析器の視線を横切らなくても、NBは分析器信号を増大させる。不純物イオンは、トロイダル方向及びポロイダル方向に動くため、分析器の視線に対する各々のビームの寄与を注意深く取り扱うモデルを開発してきた。JT-60では、NBは多様なトロイダル位置から異なった角度でプラズマに入射される。この論文では、各々のNBからの分析器信号への寄与を評価することにより、異なる半径から放出される中性粒子を区別でき、その結果、局所的なエネルギー分布を測定できることを示す。NBによって生成される水素様不純物イオンの空間分布を計算するため、トカマクの配位やNB入射を正確に取り入れ、ビームのプラズマ中での減衰,不純物イオンのトカマク磁場中での運動,プラズマイオンや中性粒子との衝突を取り扱うことができるモンテカルロコードを開発した。

論文

Recent progress of Alfv$'e$n eigenmode experiments using N-NB in JT-60U tokamak

篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男*; 草間 義紀; 森岡 篤彦; 大山 直幸; 飛田 健次; 小関 隆久; JT-60チーム; Gorelenkov, N. N.*; et al.

Nuclear Fusion, 42(8), p.942 - 948, 2002/08

 被引用回数:33 パーセンタイル:24.39(Physics, Fluids & Plasmas)

核燃焼プラズマでは、$$alpha$$粒子圧力が高くなると、アルヴェン固有モード(AE)周波数領域の不安定性により$$alpha$$粒子の閉じ込めが劣化することが危惧されている。JT-60Uでは、負イオン源中性粒子ビーム(N-NB)入射により高速イオンを生成して、バースト的に発生する周波数掃引不安定性の研究を行っている。最近の解析により、バースト的な周波数掃引現象が、不安定性と高速イオン分布関数の変化と背景プラズマの散逸との非線形な相互作用に起因していると考えられるという結果を得た。また、新たに設置した中性子分布計測により不安定性により高速イオンが再分布していることを示唆しているデータを得た。

論文

加熱中性粒子ビームを利用した核融合プラズマ計測

鈴木 隆博; 杉江 達夫

プラズマ・核融合学会誌, 78(5), p.411 - 416, 2002/05

加熱中性粒子ビーム(NB)を利用した核融合プラズマ計測として代表的なモーショナルシュタルク効果(MSE)による磁場/電流分布計測について解説する。磁化したプラズマ中へ入射されたNB粒子は磁場により$$vtimes B$$電場を感じる。電場の存在下では原子の発光線は偏光面が電場と垂直な$$sigma$$偏光,平行な$$pi$$偏光に分岐する。偏光角を測定することで$$vtimes B$$電場の方向がわかり、$$v$$はNBの入射速度で既知であることから磁場の方向すなわちピッチ角を測定する。平衡計算によりプラズマ電流分布を得ることができる。また、幾何学的に独立な2つのMSEシステムを組み合わせると、プラズマの閉じ込めに重要な役割を担っていると考えられている径電場の計測を行うことが可能である。平衡計算により求めた磁束分布の時間変化から誘導電流を評価することで、非誘導電流分布の計測を行うことも可能である。解説ではITERにおける設計の現状と問題点についても触れる。

論文

Development of negative ion based NBI system for JT-60U

梅田 尚孝; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 疋田 繁紀*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 日下 誠*; et al.

Fusion Technology, 39(2-Part2), p.1135 - 1139, 2001/03

JT60用負イオンNBIは、これまでに最大で350kV,5.2MWのビーム入射を行ってきたが、さらなるビームパワー増大のためには、大型負イオン源ソースプラズマ非一様性の問題を解決する必要がある。この対策として、フィラメント温度変化によるアーク放電モードの変更、各フィラメント系統に接続しているアーク限流抵抗の調節、さらに一様性の悪い部分をマスクしてビームを引き出す方法などを試みている。これらによる変化をアーク放電電流分布、ラングミュアプローブ、加速電極の熱負荷やビームラインの熱負荷等で評価した。その結果、フィラメント温度を下げることによりアーク放電分布に改善の傾向が見られ、限流抵抗を調節することによって強制的に放電の分布を変えることができた。また、マスキングによりビームの加速特性が向上し、加速部での損失が減少して負イオン電流の割合が増加した。

論文

Recent progress in JT-60U experiments with W-shaped divertor

滝塚 知典; JT-60チーム

Fusion Technology, 34, p.301 - 307, 1998/11

W型ポンプ付ダイバータのJT-60Uにおける熱と粒子制御実験の最新成果を報告する。ドーム及び主プラズマからのガスパフにより不純物のX点への逆流が少なくなった。高密度時のデタッチプラズマ及びネオン添加による放射プラズマによりダイバータ板への熱負荷が減少した。ヘリウムビーム入射プラズマにおいて効率の良いヘリウム排気が実証された。高閉じ込め実験結果も報告する。強加熱ELMyHモードプラズマを不純物の増加なしに9秒間保持した。負磁気シアプラズマにおいて低プラズマ電流領域においても高いQ$$_{DTeq}$$~1を得た。最後に負イオン源中性粒子ビーム入射実験について紹介する。

論文

Attenuation of high-energy neutral hydrogen beams in high-density plasmas

鈴木 慎悟*; 白井 稔三; 根本 正博; 飛田 健次; 久保 博孝; 杉江 達夫; 逆井 章; 草間 義紀

Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(12), p.2097 - 2111, 1998/00

 被引用回数:44 パーセンタイル:17.56(Physics, Fluids & Plasmas)

高エネルギー中性水素原子ビームをプラズマ中に入射したときの、ビーム阻止断面積及びビームの突き抜け率を、各衝突素過程に対する最新の推奨断面積を用いて求めた。計算の結果、励起準位を経由する多段階電離過程が、ビームの減衰過程に重要であることがわかった。また、ビームの突き抜け率の計算値は、JT-60Uの実験値とよく一致した。さらに、ビーム阻止断面積を簡単に求めるための解析的公式を開発した。

論文

Enhancement in the ionization cross-section of a 350keV hydrogen beam on JT-60U plasmas

根本 正博; 飛田 健次; 牛草 健吉; 草間 義紀; 栗山 正明; 児玉 幸三; 正木 圭; 逆井 章; 鎌田 裕

プラズマ・核融合学会誌, 73(12), p.1374 - 1377, 1997/12

イオン化断面積の増倍を、JT-60Uでの350keV軽水素中性粒子ビームの突き抜けを通じて研究した。用いた軽水素プラズマの電子密度は(1.0~4.1)$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$、実効電荷は1.3~2.2であった。1.0$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$程度の低電子密度領域を除いて、突き抜けは単段階電離過程に基づいて予測された突き抜け予測値より小さくなった。この差分は多段階電離によって増倍したイオン化断面積によるものと推察された。増倍度は電子密度と共に上昇し、最大80%になった。その実験で得られた増倍は、Janevらが1989年に理論上で予測した値に一致する。

論文

Ion heating up to 1 MeV range with higher harmonic ICRF wave on JT-60U

根本 正博; 草間 義紀; Afanassiev, V. I.*; 濱松 清隆; 木村 晴行; 藤井 常幸; 森山 伸一; 三枝 幹雄

Plasma Physics and Controlled Fusion, 39(10), p.1599 - 1614, 1997/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:66.72(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uの中性粒子ビームとイオンサイクロトロン(ICRF)波による複合加熱プラズマを用いて、ICRF波の高調波数に対するMeVエネルギーイオンの生成に関する初めての実験研究を行った。実験ではプラズマ形状とICRF波の周波数を一定とし、プラズマ放電毎のトロイダル磁場の変化によりプロトンに対する共鳴高調波数を2から4まで変化させた。80keVのビームイオンが1MeVまで加速されており、0.3-0.8MeVで定義したイオンエネルギースペクトルの傾き(テイル温度)は高調波数の増加と共に上昇した。この結果は解析コードによる計算結果と定性的に一致する。加速されたプロトンの蓄積エネルギーは高調波数よりも、プラズマへ吸収されるICRF波のパワーに強く影響している。その結果、第3および第4高調波での加速されたプロトンの蓄積エネルギーは第2高調波の場合の半分以下に留まっている。

論文

高出力負イオンNBIの開発動向

栗山 正明

プラズマ・核融合学会誌, 72(11), p.1162 - 1167, 1996/11

核融合炉心級の高密度プラズマでのNBI中心加熱・NBI電流駆動による定常化を目的として、高出力負イオン源及びNBI関連技術の進展は、最近目覚しいものがある。これらの研究開発の結果、数百キロボルト負イオンNBIは、実用化の段階にきている。JT-60用の500keV負イオンNBI装置は1996年3月に完成し、現在JT-60にビーム入射を行いながらビーム出力の増大を進めている。また核融合科学研のLHD用180keV負イオンNBI装置は1998年の完成を目指して、現在建設中である。さらにITER用の1MeV負イオンNBIの研究開発も順調に進んでおり、近い将来にMeV級高出力負イオンNBIも実用化されるであろう。

論文

Non-inductive current drive experiments for profile control in JT-60U

井手 俊介; 内藤 磨; 近藤 貴; 藤田 隆明; 松岡 守*; 池田 佳隆; 牛草 健吉; JT-60チーム

IAEA-CN-60/A5-4, 0, p.641 - 650, 1995/00

定常核融合炉におけるプラズマの保持及びその性能の改善のために、非誘導的にプラズマ電流分布を制御する事は非常に重要であると考えられている。本論文ではこのような定常化研究のためにJT-60U装置で行われている電流分布制御実験について報告する。主な成果は、1)中性粒子ビーム(NB)による分布制御実験:NBを用いて電流分布を制御できることを実験で明らかに示した。また同時にプラズマ回転の制御も行える事も示した。2)低域混成波(LHW)による分布制御実験:LHWによる電流分布制御は従来から良い結果を出して来たが、今回波の波数スペクトルを組み合わせることによりさらに効率良い制御が行えることを示した。

論文

Toroidal momentum transport experiments on JT-60U

永島 圭介; 小出 芳彦; 白井 浩; 安積 正史

ISPP-14; Local transport studies in fusion plasmas, 0, p.75 - 80, 1993/00

JT-60Uにおいて、接線方向入射の中性粒子ビームを用いて、トロイダル方向の運動量の輸送実験を実施した。定常状態における運動量バランスを解析するために、中性粒子ビームをプラズマ中心及び周辺領域へ入射し、この時の運動量拡散係数を評価した。さらに、中性粒子ビームの入射を正弦波状に変動させた時の、トロイダル回転速度の応答を解析することにより、非拡散的な内向きの運動量フラックスが存在することが明らかになった。この非拡散的な運動量フラックスは、定常状態における運動量バランスから求まった拡散係数を理解する上で重要なものである。

論文

Production of a negative radial electric field in tokamak edge plasmas by perpendicularly injected low energy neutral beams

松岡 守; 高村 秀一*

Nuclear Fusion, 33(1), p.161 - 163, 1993/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:78.16(Physics, Fluids & Plasmas)

トロイダル磁場のリップルによる高速イオンのドリフト損失を利用して、トカマク周辺プラズマ内に負の径電場を生成する方法を提案する。この方法で必要となるのは、低エネルギーの水素同位体の中性粒子ビームを磁場に垂直に入射するだけである。この手法によれば、次期核融合装置において特にリップルを大きくすることなく、通常の設計で想定される大きさのリップルだけでShaingとCrumeのL-H遷移理論で与えられる閾値を低パワービーム入射で超えることができると見積られる。

報告書

ITER neutral beam injection system; Japanese design proposal

小原 祥裕; 田中 茂; 秋場 真人; 荒木 政則; 藤沢 登; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 真木 紘一*; 水野 誠; 奥村 義和; et al.

JAERI-M 91-052, 176 Pages, 1991/03

JAERI-M-91-052.pdf:4.07MB

ITER共通設計基準に基づいた中性粒子ビーム入射システム(NBS)の日本概念設計案について述べる。本システムは、1.3MeVで75MWの重水素中性粒子ビームを入射するものであり、プラズマ加熱の他電流駆動や電流分布制御にも用いられる。本システムは9ユニットより成り、各ユニット当り最大1.3MeV、10MWのビームを入射する設計としている。本設計で最も重要な点は、原研での実験結果に基づいて、低運転ガス圧で高い負イオン電流密度を得ることができるセシウム導入型体積生成負イオン源を採用していることである。本イオン源の採用により、NBIシステムの効率を改善すると共に、ITER共通設計基準を満足するコンパクトなNBIを設計することができた。

論文

Measurement of neutral beam species ratio by solid-state detector

小原 祥裕; 三浦 幸俊; 木村 博信*; 小長井 主税*; 竹内 浩

Review of Scientific Instruments, 56(4), p.525 - 528, 1985/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:51.22(Instruments & Instrumentation)

JT-60中性粒子入射加熱装置原型ユニットで発生される中性子ビームのエネルギースペクトルを、半導体検知器で直接的に測定した。求められたビーム成分比は、分光測定等の他の方法で求められたビーム成分比とよく一致し、JT-60NBI用イオン源のビーム成分比の再確認ができた。

論文

中性粒子ビームによるプラズマの加熱

松田 慎三郎

日本原子力学会誌, 16(9), p.459 - 466, 1974/09

中性粒子ビーム入射によるプラズマの加熱について、解説を試みた。主としてトカマクの中性粒子入射過熱について、その必要性、問題点、現状と将来の見通しなどについて触れている。原子力学会からの依頼原稿である。

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