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竹永 秀信; 東島 智; 大山 直幸; Bruskin, L. G.; 小出 芳彦; 井手 俊介; 白井 浩; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; Hill, K. W.*; et al.
Nuclear Fusion, 43(10), p.1235 - 1245, 2003/10
被引用回数：71 パーセンタイル：88.53(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの負磁気シア及び高
モードプラズマにおける内部輸送障壁(ITB)での粒子と熱輸送の関係について系統的に調べた。ヘリウムと炭素はITB内側で蓄積しないが、重不純物のアルゴンはITB内側で蓄積することを明らかにした。ヘリウムの拡散係数とイオンの熱拡散係数は、高モードプラズマでは、新古典値より5-10倍程度大きく、異常輸送が支配的である。負磁気シアプラズマでは、ヘリウムの拡散係数はイオンの熱拡散係数とともに、異常拡散が支配的な領域から新古典値程度まで減少する。炭素及びアルゴンの密度分布は、イオンの熱拡散係数が新古典値程度まで減少していても、新古典理論から計算される分布より平坦であり、炭素,アルゴンの拡散係数は新古典値より大きい。高モードプラズマに電子サイクロトロン加熱(ECH)を適用した場合に、密度と中心部の軟X線強度が顕著に減少し、アルゴンが中心領域から吐き出されることを見いだした。このとき、密度のITBはほぼ無くなっており、それにより新古典理論で予測される密度勾配によるアルゴンの内向き速度が減少する。負磁気シアプラズマでは、ECHによる明確な密度及び軟X線強度の減少は観測されなかった。このことは、不純物の蓄積を抑えるためには、密度勾配の制御が重要であることを示している。
坂本 宜照; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 小出 芳彦; 竹永 秀信; 鎌田 裕; 藤田 隆明; 滝塚 知典; 白井 浩; 福田 武司
プラズマ・核融合学会誌, 78(9), p.941 - 948, 2002/09
内部輸送障壁(ITB)を伴う閉じ込め改善プラズマは、先進トカマク運転に適しているだけでなく、異常輸送を引き起こす原因を解く鍵となる。一般にITBの形成において加熱閾パワーが存在すると考えられている。本研究の目的は、ITB形成においてもL/H遷移のように明確な閾パワーが存在するか、あるいはITB形成による輸送の応答は連続的なのかを調べることである。そこで輸送特性の加熱パワー依存性を調べた。その結果、3MW以上の加熱パワーでパラボラ型のITBを形成し、イオンの熱拡散係数は加熱パワーに対して連続的に減少することが明らかになった。また8MWの加熱パワーでは、パラボラ型からボックス型のITBへ遷移し、この時のイオンの熱拡散係数の応答は不連続的であることが明らかになった。
Rewoldt, G.*; Hill, K. W.*; Nazikian, R. M.*; Tang, W. M.*; 白井 浩; 坂本 宜照; 岸本 泰明; 井手 俊介; 藤田 隆明
Nuclear Fusion, 42(4), p.403 - 411, 2002/04
被引用回数：9 パーセンタイル：30.28(Physics, Fluids & Plasmas)内部輸送障壁を持つJT-60Uプラズマは、非常に圧力勾配が大きい領域と、それによって分離された2つの比較的圧力分布が平坦な領域を持つことによって特徴づけられる。このプラズマにおいて、
回転シアの効果がある場合とない場合についてトロイダルドリフトモードの線形成長率を計算した。内部輸送障壁が十分に成長している場合は、回転の効果を考慮すると、強い圧力勾配によって生じる径電場が局所的にモードの安定化に寄与して異常輸送を軽減させ、強い圧力勾配が維持されるという物理的描像と一致した。回転の効果を考慮しない場合、もしくは回転の効果を考慮していても内部輸送障壁が十分には成長していない場合には、モードの不安定領域は圧力勾配のある領域まで広がった。
井戸村 泰宏
プラズマ・核融合学会誌, 77(6), p.528 - 531, 2001/06
負磁気シアートカマクにおいてはITB(内部輸送障壁)の形成、及び、それに伴う粒子/エネルギー閉じ込めの大幅な改善が観測されている。ITB領域はq_min面付近における急峻な密度/温度勾配に特徴付けられ、しばしば、トロイダル/ポロイダルシアー流が観測される。このような負磁気シアー配位、あるいは、ITBの閉じ込め特性を理解するためにこれまで精力的に理論シミュレーション研究が進められている。本稿では、その中から主に、(1)負磁気シアー配位における微視的不安定性の線形安定性解析,(2)EBシアー流による乱流輸送抑制の理論,(3)乱流輸送の非線形シミュレーションに関して、これまでの解析手法の進展、及び、そこから得られている最近の成果を概説している。
岸本 泰明
プラズマ・核融合学会誌, 76(12), p.1280 - 1308, 2000/12
トカマクプラズマを中心としたトーラス装置のエネルギー及び粒子輸送において重要かつ本質的役割を果たす乱流輸送の基本的概念及びその特性について総合的な解説を行っている。通例トーラスプラズマの輸送レベルは新古典拡散によって決まるレベルに比べると極めて高く、従って異常輸送と呼ばれている。この異常輸送はプラズマ中の電磁的固有振動がゆらぎ(乱流)に発達した結果引き起こされるが、これら固有振動の線形的特性及び非線形発展したゆらぎの構造についてトカマクの磁場構造に由来する制約条件の観点から議論している。またトロイダル配位の粒子及び流体モデルによる乱流発生のシミュレーションから、線形・非線型のゆらぎの捕捉(実空間及び波数空間)について議論する。またトカマクの全体に渡った輸送特性を理解するため、臨界勾配モデルに基づく輸送理論を提示している。
芳野 隆治; 徳田 伸二; 河野 康則
Nuclear Fusion, 39(2), p.151 - 161, 1999/02
被引用回数：137 パーセンタイル：95.53(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uでの主ディスラプションにおいて、逃走電子の発生を回避する運転条件について調べた。その結果、トロイダル磁場が2.2T以下、又は、プラズマ電流の消滅率I
(
-(dI
/dt)/I)が50sec
以下の場合は、逃走電子が発生しないことがわかった。さらにIが300~400secと高い場合でも実効的安全係数q
が2.5以下では、逃走電子が発生しないことがわかった。一方、プラズマの位置移動が少なくなるように制御した場合は、qが8より容易に高くなり、Iが50~100secと低くても逃走電子が発生することがわかった。加えて、このように位置制御した場合に、一周電圧が零又は少し正でも逃走電子のテイルが低減することがわかった。これらの逃走電子の回避・消滅の結果は、逃走電子に異常損失の機構があることを示唆する。
岸本 泰明; 藤田 隆明
日本物理学会誌, 52(11), p.854 - 857, 1997/00
JT-60の反転磁気シア放電実験で観測された急峻な圧力分布の変化を伴う内部輸送障壁の形成と、それによる閉じ込め改善現象について報告する。この放電においては、イオン温度のみならず、電子温度や電子密度にも顕著な障壁が形成されるのが特徴である。論文においては、輸送障壁における最大圧力勾配の半径と安全係数最小の半径が密接に連動していることに着目し、輸送障壁形成を説明する物理モデルの提案を行った。これはトカマクのトロイダル結合効果によってプラズマ中に発生する巨視的な乱流構造が、磁気シアの消失する安全係数最小の領域で分断され不連続面が形成される結果によるというものであり、完全トロイダル配位の粒子シミュレーションにおいてもその存在が確認された。
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：14.99(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。
mode turbulence in JT-60矢木 雅敏; 安積 正史
Proceedings of U.S.-Japan Workshop on Ion Temperature Gradient-Driven Turbulent Transport; AIP Conference Proceedings 284, p.87 - 115, 1994/00
イオン温度勾配モード(モード)の有効性を流体方程式に基づいた非線形シミュレーションとJT-60の実験結果を比較することにより調べた。トロイダルモードはプラズマの中間領域においては熱拡散係数の値としては実験から得られた値とほぼ同程度であるが、一方でトロイダル及びスラブモードの両方ともプラズマ周辺領域では、強く減少する拡散係数を与える。また周辺領域において熱拡散係数を増加させる可能性として、捕捉電子効果と新古典効果を考え、これらの効果を取り入れたモデルを用いて、テストした。捕捉電子に対しては、これはモードのおこるしきい値を上げるが、周辺領域において熱拡散係数を増加させるには不十分であることがわかった。また新古典効果に対しては、よりつじつまのあった解析を行うことにより、モードに対しては、ほとんど影響を与えないことがわかった。
矢木 雅敏; 伊藤 公孝; 伊藤 早苗*; 福山 淳*; 安積 正史
Phys. Fluids B, 5(10), p.3702 - 3711, 1993/10
被引用回数：33 パーセンタイル：70.95(Physics, Fluids & Plasmas)電子粘性による電流拡散効果により引き起こされる新しい不安定性-電流拡散バルーニングモードを見出した。このモードは、電子の熱伝導係数及びイオンの粘性により安定化される。これらの効果のバランスにより定常乱流状態が維持され、それにともなって異常輸送が引き起こされると考えられる。バルーニング変換を用いて固有モード方程式を導き、マージナル安定条件の考え方に基づいて異常輸送係数を評価した。異常輸送係数は、パラメータ
/
及び
/で書かれることがわかった。ここではイオンの粘性係数、は電子の熱伝導係数、は電流拡散係数である。モードが静電的振舞いをする時、/からはスキンスケールが現われ、/はオーダ1となる。この新しい異常輸送係数が大河により導出されたモデルのパラメータ依存性によく似た依存性を持つこと及び大河モデルで説明できないLモードの電流依存性をも説明できることが見出された。
矢木 雅敏; 伊藤 公孝; 伊藤 早苗*; 福山 淳*; 安積 正史
NIFS-216, 50 Pages, 1993/04
電子粘性による電流拡散効果により引き起こされる新しい不安定性-電流拡散バルーニングモードを見出した。このモードは、電子の熱伝導係数及びイオンの粘性により安定化される。これらの効果のバランスにより定常乱流状態が維持され、それにともなって異常輸送が引き起こされると考えられる。バルーニング変換を用いて固有モード方程式を導き、マージナル安定条件の考え方に基づいて異常輸送係数を評価した。異常輸送係数は、パラメータ/及び/で書かれることがわかった。ここではイオンの粘性係数、は電子の熱伝導係数、は電流拡散係数である。モードが静電的振舞いをする時、/からはスキンスケールが現われ、/はオーダ1となる。この新しい異常輸送係数が大河により導出されたモデルのパラメータ依存性によく似た依存性を持つこと及び大河モデルで説明できないLモードの電流依存性をも説明できることが見出された。
矢木 雅敏; J.P.Wang*; Y.B.Kim*; 安積 正史
Phys. Fluids B, 5(4), p.1179 - 1187, 1993/04
被引用回数：4 パーセンタイル：19.29(Physics, Fluids & Plasmas)磁力線に対し平行方向のイオンの流速、一般化されたスカラーポテンシャル、イオンの圧力、平行方向の熱流速の時間発展を記述する簡約化方程式系を導出した。この方程式系は従来用いられてきたBraginskiiの2流体方程式系を拡張したものであり、バナナ-プラトー衝突領域においても使用できる。これを用いてイオン温度勾配駆動不安定性の解析を行なった。従来のモデルではプラトー領域に入ると不安定性が安定化されてしまったが新しいモデルによると不安定性がプラトー領域でも存在することが見い出された。また新古典粘性効果に関しては、従来用いられてきた表式が不安定性に対しては適切でないことを示し、より厳密な計算から導出された新しい表式に基づいて解析を行なったところ、以前Kimらにより行なわれた結果が正しくないことが見い出された。
永島 圭介; 逆井 章; 福田 武司
Nuclear Fusion, 33(11), p.1677 - 1683, 1993/00
被引用回数：23 パーセンタイル：61.25(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおいて、ガスパフの入射を正弦波状に変動させることによって、プラズマ密度及び温度の変動を生じさせ、この変化からプラズマでの粒子及び熱の輸送特性を評価する実験を行なった。密度変動の解析から得られた粒子拡散係数は、プラズマの中心領域で0.2m
/s、周辺領域で0.8m/s程度の値であった。また、密度変動にともなう温度変動を解析することにより、電子系の熱輸送を評価した。電子の熱拡散係数と粒子拡散係数の比は5から10程度の値であることが分った。こうした輸送係数の評価はトカマクプラズマにおける異常輸送の解明に向けて、重要な課題であり、より詳細な実験解析が望まれる。
嶋田 道也
Fusion Engineering and Design, 15, p.325 - 341, 1992/00
被引用回数：17 パーセンタイル：81.24(Nuclear Science & Technology)不純物輸送の研究の現状をまとめた。(1)ジュール加熱及びNBI,RF加熱のLモードにおいては異常輸送が支配的であり、不純物の中心への集中は起こらない。輸送係数Dは0.5-2.0の間の値をとり、パラメータ依存性、輸送機構は未解明である。(2)ペレット入射、逆方向NB入射、高q放電などで鉅歯状振動が抑制されると、不純物が中心に集中する。(3)Hモードでは異常輸送が抑制され、不純物が中心に集中することがある。これは重要な課題である。ELMやエルゴード磁場によって不純物を低減できるという結果(JFT-2MとDIII-D)はこの点注目に値する。(4)今後は不純物輸送の系統的なパラメータ依存性、Hモード中の集中の緩和とともに、ダイバータ及びSOL層での不純物輸送と制御が重要な課題である。
白井 浩; 平山 俊雄; 安積 正史
JAERI-M 91-018, 36 Pages, 1991/02
イオン温度勾配不安定性理論にもとづくイオン熱拡散係数を用いて、中性粒子入射加熱時におけるJT-60プラズマのイオン温度分布を解析し、実験結果との比較を行なった。計算された理論予測値は、JT-60Lモード放電の広いパラメータ領域で実験値と良い一致を示している。これに対して、高イオン温度放電での解析では、計算値は実験結果ほどピークした分布を示さなかった。
辻 俊二
核融合研究, 63(6), p.460 - 481, 1990/06
トカマクにおける粒子閉じ込めに関する測定についてレビューを行う。グローバルな粒子閉じ込めは、主としてプラズマ境界で循環している粒子束によって決まっている。これについては、H
線強度から評価することが可能である。グローバルな粒子閉じ込め時間は、小型装置で12線平均電子密度にほぼ比例して長くなる。一方、大型装置になると粒子循環がよりプラズマ境界付近に局在化するために、粒子閉じ込め時間は電子密度に反比例する。トーラス対称性のよいダイバータ配位において加熱プラズマの粒子閉じ込め時間を系統的に測定しているのはJT-60のみである。その結果によると、エネルギー閉じ込め時間と同様に粒子閉じ込め時間は近似的に加熱パワーの平方根に反比例する。主プラズマ及びスクレープ・オフ層での粒子輸送についても、議論する。
荘司 昭朗; 山本 巧; 船橋 昭昌; 嶋田 道也; 藤沢 登; 河上 知秀
JAERI-M 9799, 15 Pages, 1981/11
トカマクの異常輸送と関係する密度揺動をマイクロ波干渉法および散乱法によって測定した。干渉法による最大の揺動は10
のオーダであり、又、散乱法による波数K
=28.6cm
における揺動の大きさは10
のオーダであった。散逸性補獲電子不安定性の理論に測定値を代入して求めた拡散係数は、分光法で求めた値とよく一致する。密度に反比例する拡散係数の依存性は、経験的なスケーリングと一致する。
杉原 正芳; 小笠原 正忠*
JAERI-M 7050, 10 Pages, 1977/04
散逸性捕捉イオン不安定性の、乱流衝突による非線形飽和レベルを求めるために、振動展開の各次数の項から最も支配的な項を加え合わせる方法で乱流衝突周波数に対する表式を導びいた。数値計算により飽和レベルでの異常拡散係数を求めたところ、シャーの効果を考えに入れると、Kadomtseu-Pogutse等の結果とほぼ一致することが確かめられた。
