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論文

Cross-machine benchmarking for ITER of neoclassical tearing mode stabilization by electron cyclotron current drive

La Haye, R. J.*; Prater, R.*; Buttery, R. J.*; 林 伸彦; 諫山 明彦; Maraschek, M. E.*; Urso, L.*; Zohm, H.*

Nuclear Fusion, 46(4), p.451 - 461, 2006/04

 被引用回数:131 パーセンタイル:2.14(Physics, Fluids & Plasmas)

新古典テアリングモード(NTM)は、ITER標準シナリオにおいては理想キンク限界よりも低いベータ領域で発生し、プラズマ性能を制限する主要な要因となる。ポロイダルモード数$$(m=3)$$,トロイダルモード数$$(n=2)$$のNTMは、(1)NTM成長率が最大となる特徴的な「限界」磁気島幅,(2)無変調のco方向の電子サイクロトロン電流駆動(co-ECCD)による「飽和した」3/2 NTM磁気島の安定化に関する実験研究が特に進んでいる。ASDEX-Upgrade, DIII-D, JETにおけるベータ・ランプダウン実験(ベータ値を徐々に下げる実験)から、$$m/n=3/2$$のNTMを(ECCDなしで)消滅させるための限界ベータ値が決定された。このデータと、ASDEX-Upgrade, DIII-D, JT-60UにおけるECCDによる3/2 NTM安定化実験(ベータ値はほぼ一定)との比較を行った。その結果、両方の実験データセットにおいて、NTMが消滅する磁気島幅はイオンバナナ幅の約2倍であることが明らかになった。解析にあたり、4装置ASDEX Upgrade, DIII-D, JET, JT-60Uにおける飽和磁気島幅を評価する共通の方法を開発した。また、この比較で得られたモデルを用いてITERにおけるECCDを用いた$$m/n=3/2$$, 2/1のNTMの安定化の評価を行った。その結果、ITERの上方ECCD入射方式は、磁気島幅を大幅に減少させるのに有効であることが明らかになった。また、ECCDは、ITERにおいてモードロックを回避するのにも有効であることがモデル計算により明らかになった。

論文

Stabilization of neoclassical tearing mode by electron cyclotron current drive and its evolution simulation on JT-60U tokamak

長崎 百伸*; 諫山 明彦; 林 伸彦; 小関 隆久; 武智 学; 大山 直幸; 井手 俊介; 山本 聡*; JT-60チーム

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

本論文では、JT-60Uにおける電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)による$$m=3/n=2$$の新古典テアリングモード(NTM)の安定化研究の成果を記述している。NTMの成長が飽和した後にECCDを行った場合とNTMの発生前にECCDを行った場合(早期入射)とで安定化効果の比較を行った結果、NTM発生前にECCDを行う方が安定化効果が大きいことが明らかになった。また、第2高調波XモードのECCDによりNTMを安定化し$$beta_{rm N}sim 2.9$$を5秒間維持することに成功した。さらに、NTMを記述する修正Rutherford方程式を1.5次元輸送コードTOPICSに統合することによりNTMの成長・消滅過程のシミュレーションを行った。その結果、シミュレーションはNTMの時間発展に関する実験結果をよく再現することが明らかとなった。同時に、早期入射の実験結果はシミュレーションでは再現できず、実験結果を説明するには早期EC波入射による自発電流やテアリングパラメータの変化を考慮する必要があることも明らかとなった。

論文

Steady state high $$beta_{rm N}$$ discharges and real-time control of current profile in JT-60U

鈴木 隆博; 諫山 明彦; 坂本 宜照; 井手 俊介; 藤田 隆明; 竹永 秀信; Luce, T. C.*; Wade, M. R.*; 及川 聡洋; 内藤 磨; et al.

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

JT-60Uは2003年に制御系の長放電時間化改造を行い、高$$beta$$プラズマの定常化を達成した。規格化圧力2.5のプラズマを不安定性の発生なしで、電流分布が定常に達する15.5秒間(電流拡散時間の9.5倍)維持した。また、不安定性の発生し易い位置と不安定性を引き起こす圧力勾配の大きな位置をずらすような電流分布を実現することで、さらに高い規格化圧力3を準定常(電流拡散時間の3.3倍)維持することに成功した。適切な電流分布を実現することが高性能プラズマにとって重要であるので、電流分布の実時間制御システムを開発し、安全係数分布を目標値まで制御することに成功した。

論文

Direct evaluation of spatio-temporal change in current density profile applied to a discharge with neo-classical tearing mode

鈴木 隆博; 及川 聡洋; 諫山 明彦; 藤田 隆明

プラズマ・核融合学会誌, 80(5), p.362 - 363, 2004/05

電子サイクロトロン波電流駆動(ECCD)による駆動電流を評価するために開発した解析手法を新古典テアリングモード(NTM)の発生した放電に適用した。本手法はモーショナルシュタルク効果計測を利用してプラズマ電流密度分布の空間的・時間的変化を直接評価する。NTMによる磁気島発生位置に、NTMの発生時刻と同期してプラズマ電流の局所的な減少を観測した。NTMの磁気島の大きさと関係する磁場揺動の大きさが増大するにしたがって、電流の減少が大きくなった。電流の減少は磁気島内の圧力の平坦化に伴う自発電流の減少と考えられる。また、ECCDを磁気島内で行うことによって局所的に減少した電流を補いNTMを安定化した放電において、磁場揺動強度の減少にしたがって局所的な電流の増加を観測した。平衡再構築による手法では困難と考えられたポロイダル/トロイダルモード数が3/2といった小さな磁気島の発生に伴う電流分布の空間・時間的な変化を明確に評価した初めての成果である。

報告書

Study of non-inductive current drive using high energy neutral beam injection on JT-60U

及川 聡洋

JAERI-Research 2003-028, 134 Pages, 2004/01

JAERI-Research-2003-028.pdf:7.73MB

負イオン中性粒子ビーム(N-NB)による電流駆動の研究を行った。動的Stark効果偏光計を用い、N-NB駆動電流を広範囲な電子温度領域にわたって計測した。NB電流駆動はビームエネルギーと電子温度とともに増加するという理論予測を検証した。プラズマ電流1.5MAにおいて高閉じ込め,高ベータ,完全電流駆動,NBの電流駆動効率の最高値$$1.55times10^{19}~{rm Am^{-2}W^{-1}}$$を同時達成した。これらの結果は将来の核融合炉におけるNB電流駆動性能の予測性にさらなる信頼を与えた。一方、MHD不安定性によりNB電流駆動が減少することも判明した。ビーム駆動型不安定性によりN-NB高速イオンが輸送され駆動電流が7%減少した。新古典テアリングモードについては、中性子発生率と高速イオン圧力の計測値と理論値の比較から、磁場揺動の増加とともに高速イオン損失が増大すること,粒子のエネルギーが高い程より大きな輸送をうけることを明らかにした。

論文

Achievement of high fusion triple product, steady-state sustainment and real-time NTM stabilization in high-$$beta_p$$ ELMy H-mode discharges in JT-60U

諫山 明彦; 鎌田 裕; 林 伸彦; 鈴木 隆博; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 福田 武司; 井手 俊介; 竹永 秀信; 牛草 健吉; et al.

Nuclear Fusion, 43(10), p.1272 - 1278, 2003/10

 被引用回数:124 パーセンタイル:3.4(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uでは定常高$$beta_p$$ Hモード放電の最適化を行い、以下の結果を得た。(1)NNBを用いて完全非誘導電流駆動の下で核融合三重積3$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}cdot$$s$$cdot$$keV(世界最高値)を達成した。この結果は従来の結果を50%上回る。(2)規格化ベータ値$$beta_N$$が2.7のプラズマをNBや電源の機器限界に近い7.4秒間(エネルギー閉じ込め時間の約60倍)維持した。(3)高規格化ベータ値($$beta_N$$=3.05)のプラズマをエネルギー閉じ込め時間の5倍の間維持した。(4)電流分布や圧力分布の最適化により新古典テアリングモードの発生を再現性よく抑制した。(5)電子温度揺動分布から磁気島中心を実時間で検出し電子サイクロトロン電流駆動を行うシステムを開発し、高ベータ領域($$beta_p$$=1.1,$$beta_N$$=1.5)における新古典テアリングモードを完全に安定化した。安定化後ベータ値や閉じ込め改善度が上昇した。

論文

Stabilization effect of early ECCD on a neoclassical tearing mode in the JT-60U tokamak

長崎 百伸*; 諫山 明彦; 井手 俊介; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 43(10), p.L7 - L10, 2003/10

 被引用回数:46 パーセンタイル:18.32(Physics, Fluids & Plasmas)

高ベータトカマクプラズマにおいては自発電流により新古典テアリングモード(NTM)が発生する可能性がある。NTMは閉じ込め性能を劣化させるので、電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)により安定化する必要がある。これまで、JT-60UではNTMの成長が飽和した後に電子サイクロトロン(EC)波を入射し安定化を実証してきたが、今回、ECをNTM発生前に入射(「早期EC入射」と呼ぶ)したときのNTMの抑制効果を調べた。その結果、早期EC入射によりNTMの揺動レベルが抑えられることや、NTMを完全に抑制するために必要なECパワーが約20%低減できることが明らかになった。また、早期EC入射の場合でも、NTM抑制効果はEC入射角に強く依存することが明らかになった。

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

Stabilization of neoclassical tearing mode by electron cyclotron wave injection in JT-60U

諫山 明彦; 長崎 百伸*; 井手 俊介; 福田 武司*; 鈴木 隆博; 関 正美; 森山 伸一; 池田 佳隆; JT-60チーム

AIP Conference Proceedings 694, p.321 - 324, 2003/00

高ベータトカマクプラズマにおいては自発電流により新古典テアリングモード(NTM)が発生する可能性がある。NTMは閉じ込め性能を劣化させるので、電子サイクロトロン(EC)加熱/電流駆動により安定化することを考えている。JT-60Uでは、電子温度揺動分布から磁気島中心を実時間で検出しEC電流駆動を行うシステムを開発し、高ベータ領域($$beta_p=1.1$$, $$beta_N=1.5$$)における新古典テアリングモードを完全に安定化し、ベータ値や閉じ込め改善度を上昇させることに成功した。また,ECをNTM発生前に入射(「早期EC入射」と呼ぶ)したときのNTMの揺動レベル及び成長速度を調べた。その結果、早期EC入射によりNTMの揺動レベルや成長速度が抑えられることが明らかになった。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,2; 「MHD,ディスラプション及びプラズマ制御」グループ、「高エネルギー粒子、加熱及び定常運転」グループ

飯尾 俊二*; 井手 俊介; 小関 隆久; 杉原 正芳; 高瀬 雄一*; 竹治 智*; 飛田 健次; 福山 淳*; 宮本 健郎*

プラズマ・核融合学会誌, 78(6), P. 601, 2002/06

2002年2月6-8日に開催された「MHD,ディスラプション及びプラズマ制御」と「高エネルギー粒子,加熱及び定常運転」に関する第1回国際トカマク物理活動(ITPA)会合の概要を報告する。「MHD,ディスラプション及びプラズマ制御」に関する会合では、新古典テアリングモード(NTM)の安定化に要する電子サイクロトロン波入射パワーの評価法,抵抗性壁モード(RWM)に関しては安定化コイルを利用したRWM安定化実験で進展があった。「高エネルギー粒子,加熱及び定常運転」に関する会合のトピックスは加熱実験の進展であり、JT-60の負イオン源中性粒子ビームの10秒入射、複数のトカマクにおける中心領域(r/a$$leq$$0.4)での電子サイクロトロン波による電流駆動実証などで大きな展開があった。NTM安定化パワー評価コードのベンチマーク,電流駆動実験とモデル計算との比較,ITERの定常運転に適する運転モードと電流駆動方式の総合評価などを今後の優先検討課題とした。

論文

Analysis of toroidal rotation effects of the ion polarization current on the neoclassical tearing mode

武井 奈帆子; 小関 隆久; Smolyakov, A. I.*; 諫山 明彦; 林 伸彦; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.5, p.386 - 389, 2002/00

$$beta_{p}$$プラズマにおいてプラズマ性能を制限する要因として重要視されている新古典テアリングモード(NTM)の発生機構を解明するうえで重要であるプラズマ回転と圧力勾配を考慮したイオン分極電流モデルの検証と評価をJT-60Uの実験データを用いて行った。解析を行った放電において、NTMなしの放電ではトロイダル回転の効果によりイオン分極電流項がモードの安定化に効いており、NTMありの放電においては逆に不安定化されていることがわかった。この結果より、回転を考慮したイオン分極モデルは実験結果を矛盾しないことがわかった。

論文

Long sustainment of quasi-steady-state high $$beta_{p}$$ H-mode discharges in JT-60U

諫山 明彦; 鎌田 裕; 小関 隆久; 井手 俊介; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 閨谷 譲; 伊世井 宣明; 濱松 清隆; et al.

Nuclear Fusion, 41(6), p.761 - 768, 2001/06

 被引用回数:49 パーセンタイル:17.46(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uでは準定常高$$beta_{p}$$ Hモード放電において、(1)分布の最適化による新古典テアリングモード(NTM)の抑制、及び(2)磁気島へのECCD/ECHによるNTMの安定化という2つの運転方法を適用し性能の向上を図った。前者の運転方式では、$$beta_{p}approx$$2.0,$$beta_{N}approx$$2.5,H$$leq$$2.8のELMy Hモードを1.3秒間維持するのに成功した。一連の放電で高性能プラズマの維持時間を制限するNTMの特性を調べ、(1)運転領域とモード数との関係,(2)不安定性発生時と消滅時の$$beta$$値とのヒステリシス,(3)不安定性発生時の$$beta$$値の商都都度依存性を明らかにした。また、圧力勾配と安全係数分布の関係によっても不安定性の有無が決まることを明らかにした。さらに後者の運転方式では、入射角の最適ににより1.6MWのEC波入射にてNTMを完全に安定化するのにも成功した。

論文

ECRF Experiments in JT-60U

諫山 明彦; 池田 佳隆; 井出 俊之; 鈴木 隆博; 森山 伸一; 高橋 幸司; 梶原 健; 及川 聡洋; 濱松 清隆; 鎌田 裕; et al.

AIP Conference Proceedings 595, p.267 - 274, 2001/00

JT-60Uでは1999年よりECRF実験を開始し2000年には入射装置を3ユニットに増強した。各ユニットは、CPDジャイロトロン,計2枚のダイアモンド窓,可動鏡,偏波偏光器,コルゲート導波管等から構成されている。入射パワー・入射時間とも着実に進展し2000年には3ユニットから3秒間入射することに成功した。このECRF装置を用いて次の結果が得られた。(1)新古典テアリング不安定性の完全な抑制に成功した。最適な入射角は放電中の可動鏡スキャンにより決定した。また、実時間で不安定性を検出しEC波を入射する制御システムを構築して安定化実験も行った。(2)EC波による駆動電流分布を実験的に評価し計算コードの結果とよく一致することを示した。(3)EC波の入射方向や入射位置を変えることにより鋸歯状振動が制御できることを示した。

論文

Complete stabilization of a tearing mode in steady state high $$beta_{p}$$ H-mode discharges by the first harmonic electron cyclotron heating/current drive on JT-60U

諫山 明彦; 鎌田 裕; 井手 俊介; 濱松 清隆; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 閨谷 譲; 小関 隆久; 池田 佳隆; 梶原 健; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 42(12), p.L37 - L45, 2000/12

 被引用回数:137 パーセンタイル:6.67(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uの準定常高$$beta_{p}$$ Hモード放電においては新古典テアリングモード(NTM)により$$beta_{p}$$値及び維持時間が制限されているため、電子サイクロトロン(EC)波によりNTMを安定化することが不可欠である。不安定性を安定化するためには高精度で不安定性の発生位置を同定する必要がある。今回、電子温度揺動分布や電流分布を用いた手法に加え、放電中にEC波入射角を変えて磁場揺動の反応を見ることにより最適角を決定した。その結果、ITERで想定されている基本波のEC波入射によりm/n=3/2のNTMを完全に安定化するのに成功した。入射したEC波のパワーは1.6MWで全入力パワーの17%であり、EC波駆動電流と2.5kAでブラズマ電流の2%であった。また不安定性発生位置ではEC波による駆動電流密度はブートストラップ電流密度の約2倍であった。また入射角は$$pm$$0.5度の精度で最適化が必要であった。

論文

Long sustainment of quasi-steady state high $$beta_{p}$$ H-mode discharges in JT-60U

諫山 明彦; 鎌田 裕; 小関 隆久; 井手 俊介; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 閨谷 譲; 伊世井 宣明; 濱松 清隆; et al.

IAEA-CN-77/EXP3/03 (CD-ROM), 5 Pages, 2000/00

高閉じ込め・高$$beta$$プラズマの長時間維持は核融合炉にとって重要な課題の1つである。JT-60Uの準定常高$$beta_{p}$$ Hモード放電において、NB加熱パワーのフィールドバックによる$$beta$$値制御により、m/n=3/2のテアリングモードの存在下で$$beta_{N}$$=2.6-3.1,H$$leq$$2.2のELMy Hモードの2.6秒間維持に成功した。I$$_{p}$$=1.5MA,Bt=3.7Tの領域では、EC波入射装置を用い、$$beta_{p}$$=1.8-2.0,$$beta_{N}$$=2.3-2.6,H$$leq$$2.8のELMy Hモードの1.5秒間維持に成功した。一連の放電では、高性能プラズマの維持時間は鋸歯状振動やfishbone不安定性のない状態でも発生するテアリングモードによって制限されていて、それらは新古典テアリングモードに似た特徴を示すことも明らかにした。さらに、1.6MWのEC波入射にてm/n=3/2モードを完全に安定化するのにも成功した。

口頭

JT-60SAでのNTM抑制実験に向けたミリ波高速スイッチシステムの検討

出射 浩*; 森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 坂口 政嗣*; Kasparek, W.*

no journal, , 

急峻な分波器特性によって、わずかな周波数制御で経路変更できる2周波数動作式の高速ミリ波切替器が検討されている。方形コルゲート導波管を用いた高速ミリ波切替器の分波器が、JT-60SA ECHCDシステムの2周波数運転に向けて設計された。2周波数動作では分波器が重要であり、マッチング係数解析に基づき、分波器の拡張動作領域が調べられた。2周波数で高いマッチング係数($$>$$0.9)をもつ動作領域が見つかり、新たな運転パラメータが提案された。方形コルゲート導波管からの放射電界評価で、大ききサイドローブがないことも確認された。ここでは、2重ループ共振器システムが提案された。

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