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論文

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

 被引用回数:2 パーセンタイル:80.13(Nuclear Science & Technology)

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),$$rho$$(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$$rho$$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。

論文

Steady state operation research in JT-60U with extended pulse length

藤田 隆明; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 46(3), p.S3 - S12, 2006/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:70.96(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいては、加熱パワーの入射時間を10秒から30秒に伸長し、電流拡散時間を超え、壁飽和時間に近い時間スケールでのプラズマ特性の研究を開始した。加熱装置の入射時間は順調に伸長し、入射エネルギー350MJを達成した。規格化ベータ値2.3を22.3秒間維持するなど高ベータの維持時間を大幅に伸長した。また、負磁気シアプラズマ及び弱磁気シアプラズマにおいて、完全電流駆動に近い状態での高自発電流割合の維持時間も5.8秒及び7.4秒まで伸長した。いずれの場合も電流分布は定常状態に達し、高ベータ,高自発電流割合の長時間維持に明るい見通しを得た。長時間スケールでの制御性の研究のため、電流分布の実時間制御システムを構築し、低ベータプラズマで実証した。高密度放電を繰り返すことにより、壁の粒子吸蔵量が飽和する状態をJT-60で初めて得た。壁飽和状態でダイバータ排気による粒子制御を実証した。ダイバータ板へのパルス的な熱負荷のない静かなHモード(QHモード)を初めて表面のトロイダル回転がゼロに近い状態で実現した。

論文

Enhanced performance and control issues in JT-60U long pulse discharges

坂本 宜照; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 47(12B), p.B337 - B348, 2005/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:87.23(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文は、長パルス放電における性能向上と制御課題に対する最新の研究成果を報告する。先進トカマクプラズマは、圧力分布や電流分布等が強く相互作用する自律系であり、長時間維持するためにはこれらの分布の相互作用に配慮しながら適切に制御することが必要である。弱磁気シアプラズマでは、新古典テアリングモード(NTM)抑制が長パルス化に向けた主要課題である。NTM不安定化の指標に着目し、圧力分布と電流分布を最適化することにより、規格化ベータ値2.5を電流拡散時間の約10倍に相当する15.5秒間維持することに成功した。負磁気シアプラズマではトロイダル回転分布制御により圧力分布を最適化し、プラズマ崩壊の回避に成功した。その結果、自発電流割合75%を電流拡散時間の約3倍に相当する7.4秒間維持し、強い自律性を有するプラズマが定常に落ち着くことを確認した。さらに周辺輸送障壁圧力やその勾配を発生の駆動機構とする不安定性をトロイダル回転分布制御により制御できることを明らかにした。

論文

Studies of the influence of electron heating on ITB subject to advanced tokamak operation in JT-60U

井手 俊介; 鈴木 隆博; 坂本 宜照; 竹永 秀信; 藤田 隆明; 大山 直幸; 諫山 明彦; 小出 芳彦; 鎌田 裕; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 44(1), p.87 - 92, 2004/01

 被引用回数:18 パーセンタイル:42.91(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、高閉じ込めの負磁気シア放電において、電流分布の制御性と閉じ込めとの関連を調べた。その結果、周辺電流駆動により閉じ込め性能に重要な内部輸送障壁の位置を広げることができ、それにより閉じ込め性能を改善できうることを示した。また、中心電流駆動を組合せることにより、負磁気シア領域での安全係数を下げることができることを示した。これらの電流駆動を組合せることにより完全電流駆動を実現するとともに、ITERの先進運転シナリオで要求されている高閉じ込め性能を高規格化密度領域で実証した。一方、電子加熱が主体となる領域での内部輸送障壁の性質を調べた。高閉じ込め負磁気シアプラズマにおいては、電子加熱割合が増加しても内部輸送障壁や閉じ込め性能に大きな影響を与えないことを明らかにした。正磁気シアプラズマにおいては、電子加熱により内部輸送障壁が減衰あるいは消滅する場合が有ることを明らかにした。炉心プラズマでは電子加熱が主体となるため、これら得られた知見は重要である。

論文

トカマクプラズマにおける高ベータ化

鎌田 裕

プラズマ・核融合学会誌, 79(2), p.123 - 135, 2003/02

高ベータ定常化を目指す、トカマクのMHD安定性研究をレビューする。そこでは、プラズマ電流,圧力,回転の空間分布及びプラズマ形状の最適化が主要な役割を果たしている。また、対象とする重要な不安定性は、新古典テアリングモード,抵抗性壁モード,周辺局在化モード等である。経済性に優れた魅力的なトカマク炉を実証するためには、十分な総合性能を持つプラズマでベータ値を高める必要がある。そこでは、自律性の高いプラズマシステムの安定制御が本質的役割を持つ。

論文

JT-60トカマクプラズマにおける電流分布制御と閉じ込め性能の改善

藤田 隆明

日本物理学会誌, 57(8), p.559 - 567, 2002/08

トカマク型磁場閉じ込め装置においては、高温プラズマ中に電流を流すことによりプラズマを閉じ込めるらせん状磁場を形成している。このためトカマクプラズマの電流分布の計測は閉じ込め磁場の空間構造を把握することを意味し、磁場中のプラズマの熱・粒子輸送やプラズマの安定性の理解に極めて重要な役割を果す。本稿では、大型トカマクJT-60における高精度の電流分布計測法を紹介するとともに、その活用により発展した電流分布制御を用いた高温核融合プラズマの閉じ込め性能の改善に関する最近の研究成果について解説する。

論文

Compatibility conditions of the edge and internal transport barrier formation in JT-60U

福田 武司; 滝塚 知典; 藤田 隆明; 坂本 宜照; 鎌田 裕; 井手 俊介; 小出 芳彦; 竹永 秀信; 三浦 幸俊

Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(5A), p.A341 - A349, 2002/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:75.7(Physics, Fluids & Plasmas)

核融合実験装置における定常運転では、高い自発電流成分に加えて優れた閉じ込め性能と安定性が要求されることから、内部輸送障壁が存在する下でさらにプラズマ周辺部に輸送障壁を形成し、Hモード状態を得る必要がある。しかしながら、優れた閉じ込め性能を発揮する内部輸送障壁の存在によってプラズマ周辺部に到達する加熱入力が低減し、プラズマ周辺部の密度が顕著に低下する。その結果、Hモード遷移に必要な加熱入力が既存の比例則から予測される値よりも高くなることが最近のJT-60における実験で明らかになった。一方、Hモードプラズマでは、一般に内部輸送障壁の形成に必要な加熱入力が高くなる。本論文では、Hモード遷移の鍵を握るプラズマ周辺部の密度と温度に注目して、内部輸送障壁とHモードが同時に形成・維持される条件について実験的に調べた結果を報告する。

論文

High performance and prospects for steady state operation on JT-60U

及川 聡洋; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 40(6), p.1125 - 1136, 2000/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:56.25(Physics, Fluids & Plasmas)

次期核融合実験炉(ITER)に向けて高性能定常化に重点を置いているJT-60Uの最近の実験成果をプラズマ制御という観点からレビューする。プラズマ形状制御及び加熱、電流駆動シナリオの最適化による分布制御によって負磁気シアモード及び高$$beta_{p}$$Hモードにおいて高性能高閉じ込め状態の長時間維持が進展している。新たに開発されている各種の先進的実時間制御システムがJT-60Uの運転領域の拡張を可能としており、特に蓄積エネルギー実時間制御技術が高ベータ定常化において極めて重要な役割を果たしている。また低域混成波入射や負イオン源NB等のさまざまな加熱、電流駆動装置によって完全電流駆動に近い状態において高閉じ込め定常維持が可能となっている。高性能プラズマの定常維持によって明らかになってくる物理の理解及び必要となる運転技術の開発の進展を報告する。

論文

Extension of the JT-60U plasma regimes toward the next-step experimental reactor

鎌田 裕; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 41(12B), p.B77 - B92, 1999/12

 被引用回数:26 パーセンタイル:32.8(Physics, Fluids & Plasmas)

次期核融合実験炉(ITER)へ向けて、高性能放電領域の拡張を行っているJT-60Uの最近の実験成果をレビューする。分布及びプラズマ形状制御による高$$beta$$安定性の向上及びそれによる高閉じ込め状態の長時間維持を中心に、負磁気シアモード、高ポロイダル$$beta$$Hモードの定常化における局所電流及び圧力分布制御の指針を示す。圧力分布制御による臨界プラズマ条件の高い再現性、低域混成波電流駆動による高閉じ込め状態の定常維持、高三角度化による定常$$beta$$限界の向上と周辺部安定性向上、負イオン源中性粒子ビーム加熱、低域混成波電流駆動、110GHz帯電子加熱等による高電子温度領域への放電拡張、複合帰還制御、ディスラプション緩和制御、ダイバータ排気による粒子制御等の新制御法の開発等を詳述し、炉心プラズマ開発における主要物理課題の解決策を提示する。

論文

磁場閉じ込め装置におけるプラズマ制御; トカマクにおけるプラズマ制御

福田 武司

プラズマ・核融合学会誌, 75(12), p.1377 - 1395, 1999/12

1980年代以降、大型トカマク装置の開発と高速計算機の実用化が相俟ってプラズマ制御技術は飛躍的な進展を果たした。位置形状検出にかかわる基本技術が確立した現在、プラズマ制御の中核をなすのはプラズマ物理量の実時間帰還制御であり、実験研究の結果が随時制御アルゴリズムに組み込まれる動的な展開で開発が進んでいる。本稿では、トカマクにおけるプラズマ制御技術の現状と今後の方向性を展望する。統計処理法を用いた位置形状検出技術と多変数線形帰還制御を駆使することにより、高い自由度で平衡配位を設定できるようになった結果、高性能炉心プラズマの開発に必要不可欠な基盤データが蓄積された。これを踏まえてプラズマ物理量の実時間帰還制御に焦点を当てた開発が進展し、世界最高の等価エネルギー増倍率達成に貢献した。今後は、高い統合性能の実現を目的とした先進制御技術の開発が重要な研究課題になる。

報告書

Lower hybrid current drive in tokamak plasmas

牛草 健吉

JAERI 1339, 77 Pages, 1999/03

JAERI-1339.pdf:3.4MB

過去約10年で低域混成波電流駆動(LHCD)実験が著しく進展し、ほかの非誘導電流駆動に比較して最大の駆動電流(3.6MA,JT-60)、最長の電流維持時間(2時間,TRIAM-1M)、最も高い密度での電流駆動(n$$_{e}$$~10$$^{20}$$m$$^{-3}$$,ALCATOR-C)、最高の電流駆動効率($$eta$$$$_{CD}$$=3.5$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-2}$$A/W,JT-60)を達成するに至った。これは、LHCDが現在のトカマク装置においては非誘導電流駆動として最も有効であることを示している。本論文はこのLHCD実験全般についての実験結果をまとめたものである。低域混成波電流駆動の理論をまとめた後、(1)実験装置、(2)電流駆動効率、(3)電流分布とMHD振動の制御、(4)エネルギー閉じ込め、(5)パワーフロー、(6)高速電子挙動、(7)イオンと波との相互作用、(8)ほかの加熱・電流駆動との複合電流駆動など、最近の重要な実験結果とその物理描像をまとめる。

論文

最近の核融合炉設計と炉心プラズマの課題

菊池 満

プラズマ・核融合学会誌, 74(8), p.787 - 794, 1998/08

最近の核融合炉設計の特性を、定常運転、熱効率、燃焼制御、構造材料と経済性の観点から記述する。より詳細な議論として、電流分布制御、ベータ限界を決める現象(理想及び抵抗性MHD安定性)、ダイバータ(He排気、高閉じ込めとの共存性)などの炉心プラズマ技術に関する開発課題について述べた。最近の各国のトカマク炉の設計は、定常炉概念を取り入れており、1990年に原研が実施した定常トカマク型核融合炉SSTRの概念検討が先駆的に果たした役割が重要であったことが理解される。

論文

国際会議報告; 第16回IAEA核融合エネルギー会議

居田 克巳*; 岡野 邦彦*; 小川 雄一*; 鎌田 裕; 木村 晴行; 西原 功修*; 藤澤 彰英*; 矢木 雅敏*; 飯尾 俊二*

プラズマ・核融合学会誌, 72(12), p.1417 - 1423, 1996/12

第16回IAEA核融合エネルギー会議の内、加熱電流駆動のセッションの報告を行う。加熱電流駆動ではオーラルとポスター合わせて14件の発表があった。周波数帯別の内訳はICRF:6件、LHRF:5件、ECRF:2件、Alfven:1件である。ICRF加熱電流駆動の成果としてはITERの物理R&Dや負磁気シア、Hモード等の高性能放電への適用の進展があり、LHCDの成果としては負磁気シアを得るための電流分布制御や定常化へ向けての研究の一層の進展があった。ECRFに関してもEC加熱の負磁気シアへの応用が目立った。

論文

Characteristics of and issues regarding combined H-modes

鎌田 裕

Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion, 38(8), p.1173 - 1188, 1996/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:69.82(Physics, Fluids & Plasmas)

各国のトカマク装置で得られた複合Hモード及び改善Hモードに関するレビューを行う。複合Hモードとしては、高$$beta$$p Hモード、スーパーショットHモード、ペレット入射Hモード、CHモード、負磁気シアHモード、高内部インダクタンスHモード等がある。改善Hモードとしては、VHモード、高TIHモードがある。改善閉じ込めの原因としては、E$$times$$Bシアの増大、Ti/Teの増大、密度分布の尖頭化、磁気シアの上昇及び低下等が報告されている。将来的に大切なことは、電子加熱時に発生するか否か、定常状態を維持できるが、高粒子リサイクリングと両立するか、安定性マージンが大きいか等の問題である。今のところ、これらすべてを満たす複合/改善Hモードは得られていない。今後の定常核融合炉の高性能化のために解決すべき諸問題を提示する。

論文

1995年米国物理学会プラズマ物理分科会報告

木村 晴行

プラズマ・核融合学会誌, 72(2), p.170 - 171, 1996/02

1995年11月6日-10日に開催された米国物理学会プラズマ物理分科会の報告を行う。米国の磁気核融合開発予算の削減があったものの、全体の発表件数は前回並みであった。磁場閉じ込め核融合関係ではトカマクにおける反転磁気シアが話題の中心であった。TFTR、DIII-D、JT-60U等から反転磁気シアによる閉込めの改善、輸送解析、MHD安定性解析、非誘導電流分布制御による維持等、多くの発表があり、トカマクの性能向上に新しい展開が見られた。(概要及び磁場閉じ込め核融合分野の執筆を分担)

論文

Recent results on radio frequency experiments in JT-60U

木村 晴行; 内藤 磨; 三枝 幹雄; 井手 俊介; 根本 正博; 池田 佳隆; 森山 伸一; 近藤 貴; 藤井 常幸; 関 正美; et al.

AIP Conference Proceedings 355, p.81 - 88, 1996/00

少数イオンICRF加熱により高プラズマ電流領域のTAEモードが調べられ、4MA放電では13程度の高いトロイダルモード数を有するTAEモードが現れることが明らかにされる。イオンサイクロトロン高調波共鳴(第2~第4調波)によるビーム加速時のMeV領域のエネルギースペクトルが測定され、テイル温度は調波数がふえるに従って高くなることが示される。低域混成(LH)波の吸収分布は入射波動スペクトル、入射位置、安全係数、を変えることにより制御できる。誘導電流と逆方向にLH波による電流駆動を行い、電流分布の制御性が向上することが実証される。両方の波動に対してセパラトリックスとアンテナ間の大きなギャップに対するアンテナ結合が実証される。

論文

Excitation, impact and control of toroidicity-induced alfven eigenmodes in the JT-60U ICRF experiments

木村 晴行; 三枝 幹雄; 近藤 貴; 小関 隆久; 森山 伸一; 藤井 常幸

プラズマ・核融合学会誌, 71(11), p.1147 - 1164, 1995/11

JT-60Uにおいてトロイダルアルヴェン固有(TAE)モードの研究がITER対応の条件、即ち4MAまでの高プラズマ電流(Ip)、2.8までの低安全係数にて、第2高調波少数イオンICRF加熱を用いて行われている。Ipの増大とともに、より高いトロイダルモード数が現れる。TAEモードによるMeVイオンの減少はTAEモードの振幅に比例する。しかし高電子密度ではTAEモードの振幅は依然大きいもののMeVイオンの減少は重要ではなくなる。TAEモードの制御に非誘導電流駆動による電流分布制御が有効であることが示される。

論文

Non-inductive current drive experiments in JT-60U

松岡 守; JT-60チーム

Fusion Engineering and Design, 26(1-4), p.59 - 68, 1995/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:70.08

JT-60Uでは高効率電流駆動、大電流駆動とともに、電流分布制御の実験を強力に進めている。LHCDに関しては新しいマルチジャンクションランチャーを用いて3.6MAまでの完全電流駆動を実現した。位相を変えることにより、内部インダクタンスの時間的変化は予測どおりの相違を示した。NBCDにおいても、ビーム軸に対して相対的にプラズマ配位を変えることにより、中心電流駆動及び周辺電流駆動を行った。その結果、内部インダクタンスは中心電流駆動を正方向に行った場合上昇、逆方向に行った場合減少した。周辺電流駆動を行った場合は逆の傾向であった。LHCD,NBCDの場合とも電流分布制御により閉じ込め特性の改善を示唆する実験結果を得た。

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

Non-inductively current driven H mode with high-$$beta$$$$_{N}$$ and high-$$beta$$$$_{P}$$ values in JT-60U

鎌田 裕; 牛草 健吉; 内藤 磨; 閨谷 譲; 小関 隆久; 飛田 健次; 石田 真一; 芳野 隆治; 菊池 満; 森 雅博; et al.

Nuclear Fusion, 34(12), p.1605 - 1618, 1994/00

 被引用回数:40 パーセンタイル:21.1(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、電流分布のピーク化及び圧力分布の平坦化により、ベータ限界が大幅に上昇した。さらに、定常化性能を向上することに成功し、ELMのある準定常Hモードにて、$$beta$$$$_{P}$$~2.5-3、$$beta$$$$_{N}$$~2.5-3.1、H-factor~1.8-2.2を得た。この状態は、約1秒間続き、この間、ブートストラップ電流(60%)とNB駆動電流(40%)の完全電流駆動を達成した。この時プラズマ電流0.5MA、トロイダル磁場1.5Tである。

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