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論文

Statistical characteristics of turbulent plasmas dominated by zonal flows

松本 太郎; 岸本 泰明; 宮戸 直亮; Li, J.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1183 - 1187, 2006/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:76.31(Physics, Fluids & Plasmas)

磁場閉じ込めプラズマでは、さまざまな時定数及び特徴的長さを持つ乱流揺動と、それによって二次的に生成される帯状流とが、相互作用しつつ輸送過程に影響を及ぼす。このような時空間スケールが異なる揺らぎが混在している系における輸送の解析には、シミュレーションによる再現とともに、それらの揺らぎの特性をさまざまな側面から同定し、特徴付けることが重要である。本研究では、ジャイロ流体モデルを用いた電子温度勾配(ETG)モード乱流の3次元スラブ配位シミュレーションを行い、異なる磁場及び温度勾配の条件の下で、帯状流の形成や間歇的な熱流束等の輸送特性と、揺動から得られる相関次元,確率密度関数(PDF)等の統計量との関係を明らかにした。また、電場と圧力揺動とのクロススペクトル解析から、帯状流による乱流輸送の低減が、異なる二つの素過程に起因することを明らかにした。

論文

電子/イオン温度勾配乱流シミュレーションにおけるカオス時系列解析

松本 太郎; 岸本 泰明; Li, J.*

電気学会プラズマ研究会資料 (PST-05-17), p.83 - 86, 2005/03

トカマクをはじめとする磁場閉じ込めプラズマでは、さまざまな時定数及び特徴的長さを持つ乱流揺動と、それによって二次的に生成される帯状流(zonal flows)と呼ばれる層流が、多様な揺らぎの構造を形成し、輸送現象に影響を及ぼしている。このような乱流が支配する輸送の解析には、シミュレーションによる再現とともに、乱流の特性をさまざまな側面から特徴付けることが必要である。カオス時系列解析では、揺動の時系列データ含まれる乱れ(irregularity)を生じさせる原因が、誤差や衝突的統計性(ランダム)に起因するのではなく、力学系に内在する非線形性に起因するとの観点から、系の特徴づけを行う。本研究では、ジャイロ流体モデル(1,2)と呼ばれる運動論的効果を取り入れた流体モデルを用いて、微視的不安定性である電子温度勾配(ETG)モード及びイオン温度勾配(ITG)モードの3次元スラブ配位シミュレーションを行い、異なる温度勾配とそれに伴って変化する帯状流強度の下で、電場の揺動から得られる相関次元及びリヤプノフ指数の特性を示す。

論文

ジャイロ運動論的トロイダル粒子コードによるトカマク中の微視的不安定性のシミュレーション

井戸村 泰宏

NIFS-PROC-58, p.46 - 50, 2004/07

数値トカマク計画では、トカマクプラズマにおける微視的不安定性、及びそれにより引き起こされるプラズマ乱流輸送の第一原理シミュレーションに基づく定量的評価を目指し、これまでジャイロ運動論的トロイダル粒子コードGT3Dの開発を進めてきた。講演では、GT3Dに実装されている物理モデル及び数値手法を紹介し、GT3Dから得られた最新の結果を示す。

論文

Formation conditions for electron internal transport barriers in JT-60U plasmas

藤田 隆明; 福田 武司*; 坂本 宜照; 井手 俊介; 鈴木 隆博; 竹永 秀信; 居田 克巳*; 出射 浩*; 下妻 隆*; 藤澤 彰英*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(5A), p.A35 - A43, 2004/05

 被引用回数:26 パーセンタイル:32.65(Physics, Fluids & Plasmas)

電子サイクロトロン波(EC)加熱を用いて、JT-60Uプラズマにおける電子の内部輸送障壁(ITB)の形成条件を調べた。低密度で、中性粒子ビーム加熱パワーが少ない場合に、EC加熱パワーの系統的なスキャンを行った。負磁気シアプラズマの場合には電子温度勾配が空間的に変化する点が出現し、その内側の電子温度勾配がEC加熱パワーとともにすみやかに増大し、電子熱拡散係数が1m$$^{2}$$/s以下となったのに対して正磁気シアプラズマの場合は電子温度分布は滑らかなままであり、その最大値も小さい値に留まり、電子熱拡散係数は1m$$^{2}$$/s以上であった。このことから、負磁気シアの方が電子ITBが形成されやすいことがわかった。一方、中性粒子ビーム加熱パワーが大きく、イオンのITBが形成される場合には、正磁気シアにおいても電子ITBが形成されることが観測された。これは、イオンのITBの形成に伴う大きな径電場勾配あるいは圧力勾配が電子ITBの形成に有効に働いたためと考えられる。

論文

Statistical characteristics from gyro-fluid transport simulation

松本 太郎; 岸本 泰明; Li, J.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.6, p.597 - 600, 2004/00

トロイダルプラズマの輸送機構解明のために、近年統計力学的手法を用いた実験解析によるプラズマ乱流構造の同定が試みられている。国内のCHS及び米国のTEXTOR等の装置における計測データの解析により、プラズマが内在する自由度及び決定論的統計性が加熱手法及びプラズマの自律性(帯状流形成等)による状態変化を反映していることが明らかとなりつつあるが、統計量から乱流構造を同定するに十分な知見は得られていない。本研究では、乱流プラズマの統計量と乱流構造の関係を明らかにすることを目的として、電子温度勾配(ETG)乱流のジャイロ流体シミュレーションを行った。ETG乱流プラズマにおける電場の時系列データに対して、自己相関関数及びフラクタル次元等の解析を行い、温度勾配及び磁気シアーの変化,帯状流形成の有無等の乱流構造の変化に対する影響を系統的に明らかにした。温度勾配が強く磁気シアーが弱いため明瞭な帯状流が形成された場合、自己相関関数が0となる自己相関時間が1桁増加することが明らかにされた。これは系を支配する時定数の増大に対応する。また、帯状流形成及び磁気シアーの増大により相関次元が減少するが、これは内在する自由度の減少と対応している。さらに、乱流状態の確率密度関数において、大振幅領域にガウス型から逸脱が明らかとなった。これは間歇的に生じる大規模な熱流束と関連する可能性がある。

論文

Stabilization of ion temperature gradient mode by small-scale zonal flows

Li, J.; 岸本 泰明

Physics of Plasmas, 10(3), p.683 - 688, 2003/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:57.35(Physics, Fluids & Plasmas)

巨視的スケールの乱流と微視的スケールのシア流間の相互作用は磁場閉じ込めプラズマにおける新しい研究課題となっている。本研究においては、このときの鍵となる相互作用が半巨視的スケールのイオン温度勾配(ITG)モードと電子温度勾配(ETG)モード乱流から生成された微視的スケールの帯状流を例題として取り上げている。微視的スケールの帯状流がITG乱流の径方向の非局所モード間結合をもたらすことを解析的に見出した。

論文

Transport model of boundary plasma and evaluation of transport coefficients

上原 和也; 前田 満; 津島 晴*; 雨宮 宏*

Journal of the Physical Society of Japan, 72(1), p.94 - 100, 2003/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.66(Physics, Multidisciplinary)

周辺プラズマの輸送モデルについての研究の集大成である。トカマクの周辺プラズマにおける磁気面に垂直な輸送が、粒子保存則及びエネルギー保存則を用いて評価される。従来のモデルに電離と荷電変換による損失項を加えさらに温度勾配による輸送への寄与を含めて精密化した。シースポテンシャルで加速される粒子束を含んだ、連続長についての詳細な考察もAppendixに含めた。得られた表式により、JFT-2Mの静電プローブで測定されている実験値を代入して、輸送係数を評価した。

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。

論文

Slablike ion temperature gradient driven mode in reversed shear tokamaks

井戸村 泰宏; 徳田 伸二; 岸本 泰明

New Journal of Physics (Internet), 4(1), p.101.1 - 101.13, 2002/12

ジャイロ運動論的トロイダル粒子コードを用いて反転磁気シアトカマクにおけるイオン温度勾配駆動(ITG)モードを解析した。反転磁気シア配位においてはITGモードはスラブモードとトロイダルモードが結合したモード構造をとることがわかった。この性質は、特に、$$q_{min}$$領域において顕著に表れる。また、$$eta_i=L_n/L_{ti}$$及び$$L_{ti}$$という勾配パラメータによってモード構造はスラブモードからトロイダルモードへと変化する。これらの結果から、反転磁気シアトカマクにおけるITGモードはスラブITGモードとトロイダルITGモードの競合により決まっていることが明らかになった。

論文

Stability of E$$times$$B zonal flow in electron temperature gradient driven turbulence

井戸村 泰宏; 若谷 誠宏*; 徳田 伸二

Physics of Plasmas, 7(9), p.3551 - 3566, 2000/09

 被引用回数:55 パーセンタイル:15.03(Physics, Fluids & Plasmas)

ジャイロ運動論的有限要素PICコードを用いて、負磁気シア・トカマクをモデル化したスラブ配位における電子温度勾配駆動乱流を調べた。シミュレーションからq$$_{min}$$面の両側の磁気シアが有限の領域において準定常なEr$$times$$B帯状流が生成され、電子熱輸送が大幅に減少することを見いだした。K-H(ケルビン-ヘルムホルツ)モードの安定性解析から、準定常なEr$$times$$B帯状流の流速分布は、K-Hモードに対して安定化効果をもつq分布及び磁気シアと密接に関係していることが示された。q分布を磁気シアが弱まる側に変化させることにより、K-Hモードは準定常なEr$$times$$B帯状流に対して不安定になり、磁気シアの弱い領域においてEr$$times$$B帯状流は減衰する。この結果はK-Hモードの安定性を介して磁気シアによりEr$$times$$B帯状流を制御できる可能性を示している。

報告書

A Note on the representation of rate-of-rise of the thermal stratification interface in reactor plenum

アキラ トーマス トクヒロ; 木村 暢之

JNC-TN9400 2000-015, 26 Pages, 1999/09

JNC-TN9400-2000-015.pdf:1.43MB

液体金属冷却高速炉(LMFBR)において、温度成層界面(軸方向温度勾配が最も急峻となる軸方向位置)の上昇速度を定量化することは、構造材への熱荷重を評価する上で重要である。温度成層化現象は、対流による生成エネルギーの入力があるPr>1の密閉空間内流体においても同様に発生する。LMFBRの温度成層化現象に関しては、成層界面の上昇速度を無次元数群(Ri,Re,Gr,Ra[Fr])により定量化する研究が数多く行われている。温度成層化現象は、炉容器プレナム内での過渡事象である。本研究では、エネルギーバランスを考慮に入れた概略解析(order-of-magnitude analysis;OMA)に基づく成層界面上昇速度の整理を行い、既往試験結果が1つの整理式によってまとめられることを示した。さらに、本整理は、自然/共存/強制対流問題における保存式のOMAと整合がとれていることを確認した。

論文

Formation condition of internal transport barrier in JT-60U plasmas

小出 芳彦; 藤田 隆明; 滝塚 知典; 白井 浩; 波多江 仰紀; 諫山 明彦; 伊世井 宣明; 坂本 宜照; 鎌田 裕; 菊池 満; et al.

IAEA-F1-CN-69/EX5/2 (CD-ROM), 8 Pages, 1999/00

負磁気シア放電における内部輸送障壁は電子系熱拡散係数の低減を伴うが、その発生条件を系統的なパラメータスキャンで調べた。その結果、磁気シアの値sと発生位置のすぐ内側における電子温度勾配dTe/drとの間に明確な相関が認められた。このs-dTe/dr平面上で遷移直前のデータの時間的動きに着目すると、一部のデータが他と異なる方向に動いている。このことはsとdTe/drの他にも遷移に関るパラメータが存在することを示唆しているので今後検討を進める。もう一つの話題として、q値が最小となる位置$$rho$$$$_{min}$$より外側、即ち正磁気シアの位置に内部輸送障壁が発生する現象を発見した。この場合の発生条件は前述の負磁気シアのs-dTe/drの関係と連続的につながった。この結果は、正磁気シアの領域では内部輸送障壁を発生するには、負磁気シアと比較して、より大きなdTe/drを要することを示唆している。

報告書

Phase Change Predictions for Liquid Fuel in Contact with Steel Structure using the Heat Conduction Equation

Brear, D. J.

PNC-TN9410 98-005, 53 Pages, 1998/01

PNC-TN9410-98-005.pdf:2.09MB

仮想的な炉心損傷事故時において、溶融燃料は燃料集合体ラッパ管等のスティール構造材と接触した場合には、燃料は固化して構造材表面にクラストを形成するとともに、構造材の表面は溶融する可能性がある。このような溶融・固化過程は、燃料の固化挙動、すなわち燃料の炉心からの流出挙動に影響を及ぼす。この場合、燃料およびスティールの中に形成される温度勾配によって、燃料からのスティールへの熱移行速度が計算されることになる。本研究では、初期に液体状態にあるUO2が固体スティールに接触する場合に1次元非定常熱伝導方程式を適用し、最新の物性値を用いることで、燃料クラストの形成およびスティール溶融が生じる条件を予測した。また、その一方もしくは両方の物質が相変化する時の界面温度を計算するための簡易解析手法を作成した。本研究で予測されたスティール溶融条件を既存の実験結果と比較して、モデルの妥当性を確認した。

報告書

レーザー光学結晶の育成に関する研究; 1, 装置製作及び基礎試験(共同研究)

杉山 僚; 安斎 裕*; 桂山 政道*; 山崎 貴史*; 山岸 喜代志*; 貴家 恒男; 有澤 孝; 宅間 宏*

JAERI-Tech 97-049, 50 Pages, 1997/10

JAERI-Tech-97-049.pdf:2.7MB

テーブルトップサイズの極短パルスペタワット級超高出力レーザーは、光量子科学研究の推進に不可欠なレーザーシステムである。このレーザー光を高い効率で安定に発振させるためには、発振媒体のレーザー光学結晶が有する特性を最大限に利用することが必須である。このことから、我々は高品位レーザー結晶の育成法について三井金属鉱業と共同研究を行っている。本報告は、3つの異なる育成装置を用いて4つの光学結晶を試作したので、育成手法の改善、装置の動作特性について記す。

論文

Simulation of JT-60 discharges with an experimentally calibrated theoretical transport model

J.Qiang*; C.Singer*; 平山 俊雄

Japanese Journal of Applied Physics, 35(5A), p.2797 - 2802, 1996/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:84.41(Physics, Applied)

トカマク輸送理論モデルを用いてJT-60のLモード放電について予測計算を行い、モデルの適応限界を評価した。理論モデルとして、線型分散関係のドリフト波ブランチおよびバルーニングブランチに起因する異常輸送束を用いている。上記二つのブランチの各熱拡散係数の乗数については、7種類のトカマク装置の12放電に対する計算結果から統計的処理により求めた値を使用した。予測計算結果から、JT-60の電子温度分布およびイオン温度分布を良く再現できることを示し、本理論モデルの妥当性を検証した。また、JT-60では、加熱時の異常輸送はドリフト波ブランチが支配的となっていることを明らかにした。

論文

Self-organized critical gradient transport and shear flow effects for the ion temperature gradient mode in toroidal plasmas

岸本 泰明; 田島 俊樹*; LeBrun, M. J.*; W.Horton*; J.Y.Kim*; J.Q.Dong*; F.L.Waelbroeck*; 徳田 伸二; 川野辺 満*; 福田 武司

IAEA-CN-60/D-10, 0, p.299 - 307, 1996/00

トロイダルイオン温度勾配(ITG)によって引き起こされる非局所的な乱流がプラズマの緩和と輸送に強い制約を与え、そして緩和状態を臨界安定の近傍(しかしわずか不安定側)に位置させることが明らかになった。このような顕著な現象によって特徴づけられる輸送過程が、揺動エネルギーと温度勾配に対する動的方程式によって記述される臨界勾配モデルを用いて調べられた。そのモデルはプラズマのシアー流がない場合にはボーム型の熱拡散と外部加熱のピーク度依存性を持つL-モードスケーリングを導く。またプラズマのポロイダルシアー流が存在する場合には径方向に結合したトロイダルモードがより小さなポテンシャル構造に崩壊し、ボーム様からジャイロボーム様の輸送に変化することを示している。

報告書

地層処分システムにおける熱-水-応力連成モデルの開発(4)(最終報告書)

千々松 正和*; Oanh, T.*; 雨宮 清*

PNC-TJ1412 95-002, 186 Pages, 1995/03

PNC-TJ1412-95-002.pdf:9.67MB

放射性廃棄物の地層処分においては緩衝材とその周辺岩盤に、廃棄体から発生する熱による力学・透水特性の変化、地下水の侵入による伝熱・力学特性の変化、緩衝材の膨潤、岩盤の変形による伝熱・透水特性の変化等が相互に複合して生じる。このため、人工バリア及びその周辺岩盤の伝熱特性、力学的挙動、水理特性等を評価するためには、これらの熱-水-応力連成現象を解析するモデル、コードの開発・確証が必要である。本研究では、人工バリアの熱-水-応力連成モデル、コードを開発することを目的に、緩衝材中の水分移動による膨潤圧力発生現象のメカニズムを検討し、これを考慮した解析コードの開発とその妥当性の評価を行った。また、原位置における熱-水-応力連成試験の設計検討として、緩衝材の施工法及び品質確認手法の検討を実施した。

報告書

地層処分システムにおける熱-水-応力連成モデルの開発(4)(報告書概要)

千々松 正和*; Oanh, T.*; 雨宮 清*

PNC-TJ1412 95-001, 106 Pages, 1995/03

PNC-TJ1412-95-001.pdf:4.41MB

放射性廃棄物の地層処分においては緩衝材とその周辺岩盤に、廃棄体から発生する熱による力学・透水特性の変化、地下水の侵入による伝熱・力学特性の変化、緩衝材の膨潤、岩盤の変形による伝熱・透水特性の変化等が相互に複合して生じる。このため、人工バリア及びその周辺岩盤の伝熱特性、力学的挙動、水理特性等を評価するためには、これらの熱-水-応力連成現象を解析するモデル、コードの開発・確証が必要である。本研究では、人工バリアの熱-水-応力連成モデル、コードを開発することを目的に、緩衝材中の水分移動による膨潤圧力発生現象のメカニズムを検討し、これを考慮した解析コードの開発とその妥当性の評価を行った。また、原位置における熱-水-応力連成試験の設計検討として、緩衝材の施工法及び品質確認手法の検討を実施した。

論文

Ion temperature profile simulation of JT-60 and TFTR plasmas with ion temperature gradient mode transport models

白井 浩; 平山 俊雄; 小出 芳彦; 吉田 英俊; 内藤 磨; 佐藤 正泰; 福田 武司; 杉江 達夫; 安積 正史; D.R.Mikkelsen*; et al.

Nuclear Fusion, 34(5), p.703 - 727, 1994/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:67.35(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60及びTFTRでは、中性粒子入射(NBz)加熱時に荷電交換再結合分光(CXRS)によりイオン温度分布が測定されている。このイオン温度分布の実験値と、イオン温度勾配不安定性($$eta$$$$_{i}$$モード)及びドリフト波不安定性(捕捉電子モード等)に基づくイオン熱拡散係数$$chi$$$$_{i}$$のモデルを用いて計算で得られた分布を比較した。JT-60のLモードプラズマでは広範囲なプラズマパラメータ領域において実験値と計算値は良い一致を示した。TFTRのLモードプラズマでは、プラズマの周辺領域において計算値は実験値よりも高くなった。プラズマの中心イオン温度が10keVを超える高イオン温度モードプラズマでは、イオン温度の分布は実験のそれに比べると平坦で、かつ中心イオン温度もかなり低いものになった。高イオン温度モードプラズマでは、これらの不安定性の安定化機構や他の輸送機構(熱ピンチ等)を考慮する必要がある。

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