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論文

Magnetic island evolution in rotating plasmas

石井 康友; 安積 正史*; Smolyakov, A. I.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1243 - 1248, 2006/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:96.12(Physics, Fluids & Plasmas)

本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その詳細過程は未解明である。これまでの理論的予測では、プラズマ流が存在すると、磁気島を形成するための外部摂動の臨界値が存在し、その臨界値が抵抗値及び粘性値に依存すると考えられていた。本研究では数値シミュレーションにより、現実のトカマク放電のパラメータ領域近傍では、この臨界値が抵抗値には依存するが、粘性値にはほぼ依存しないことを明らかにした。また、流れのあるプラズマ中でのこのような磁気島の成長には、散逸依存領域と散逸非依存領域が存在することを見いだした。

論文

Monte-Carlo simulation of electron cyclotron current drive in NTM magnetic islands

濱松 清隆; 滝塚 知典; 林 伸彦; 小関 隆久

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00

ITER等の核燃焼プラズマでは、新古典テァリング・モード(NTM)の安定化が重要課題の一つとされ、電子サイクロトロン(EC)波による電流駆動(ECCD)の有効牲が注目されている。この安定化には、NTMによる磁気島内部での電流駆動が有効であるが、ECCDの数値解析は光線追跡法によってEC波の伝播・吸収を評価し、フォッカー・プランク(FP)方程式によって電子の速度分布関数の歪みを解析し駆動電流を評価する方法が一般的である。このFP方程式による解析では、磁場は軸対称であり磁気面が入れ子状であると仮定している。しかし、NTMによる磁気島が存在する場合には、上の仮定条件が破れ、通常の方法によるECCD解析の妥当性が疑問となる。このため、クーロン衝突並びにEC波の吸収過程をモンテカルロ法で模擬し、電子軌道を追跡する数値シミュレーションを行った。その結果、磁気島の無い場合の電流駆動効率と比較して磁気島内部での電流駆動効率は1桁以上大きいことを見いだした。

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。

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

Electron temperature perturbations measured by electron cyclotron emission diagnostic systems in JT-60U

諫山 明彦; 伊世井 宣明; 石田 真一; 佐藤 正泰; 鎌田 裕; 井手 俊介; 池田 佳隆; 高橋 幸司; 梶原 健; 濱松 清隆; et al.

Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.129 - 135, 2001/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:38.29(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uにおいて電子温度揺動を測定するための電子サイクロトロン放射(ECE)診断装置及びそれによる測定結果について記述されている。1999年にヘテロダインラジオメータシステムが拡張されてチャンネル数が24になり、176~200GHzのECEを測定することができるようになった。このヘテロダインラジオメータシステムにより、高$$beta_{p}$$Hモード放電で観測される磁気島の位置や構造が測定できるようになった。また、回折格子型分光装置を用い、電子サイクロトロン加熱や電子サイクロトロン電流駆動を行っているときのm/n=1/1モード(m,nはそれぞれポロイダルモード数及びトロイダルモード数)や鋸歯状振動の挙動を調べた。その結果、電子サイクロトロン(EC)波入射時にはm/n=1/1の磁気島幅が減少することがわかった。また、q=1面付近にEC波を入射することにより鋸歯状振動周期が顕著に増大することがわかった。

論文

Measurement of magnetic island width in long-pulse,high $$beta$$$$_{N}$$ discharges in JT-60U

諫山 明彦; 鎌田 裕; 小関 隆久; 伊世井 宣明

Plasma Physics and Controlled Fusion, 41(1), p.35 - 43, 1999/00

 被引用回数:52 パーセンタイル:16.08(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおける定常高性能プラズマ実験では、加熱分布や圧力分布を最適化することにより、規格化$$beta$$値が1.8~2.0、Hファクタが2.0~2.3のELMyHモード状態を約5秒間定常的に維持するのに成功している。しかし、より高い規格化$$beta$$値ではNB加熱中に低n抵抗性不安定性が発生し閉じ込め性能が劣化する。今回、ヘテロダインラジオメータを用いることにより、不安定性が発生しているときの電子温度揺動を高時間・高空間分解能で計測し、磁気島の幅及びその時間発展を直接計測した。磁気島幅は磁場揺動の大きさとともに増大し、揺動が飽和したときには約7cmに達している。この値は新古典テアリングモードに関する理論計算とほぼ一致した。不安定性の発生条件などからもこのモードは新古典テアリングモードである可能性が高い。今回適用した方法は直接的であり磁気島の有無・発生場所、磁気島幅を測定するうえで非常に有用であると考えられる。

論文

Detailed profile of M=2 islands with TVTS on JFT-2M

山内 俊彦; B.Grek*; 星野 克道; B.Leblanc*; D.Johnson*; J.Felt*; 椎名 富雄; 栗田 源一; 石毛 洋一*; 小沢 皓雄

Physics Letters A, 223(3), p.179 - 185, 1996/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:45.77(Physics, Multidisciplinary)

低密度JFT-2Mプラズマの詳細な電子温度分布(空間分布の分解能:0.86cm)がTVトムソン散乱装置(TVTS)を使って測定された。ここではm=2/n=1磁気島の電子温度である平坦な分布が、磁気島のない場合と著しい違いを示している。その他に、m=2/n=1磁気島は局所的なECRH加熱で効率よく抑制されたことが示されている。

論文

Effect of local heating on the m=2 tearing mode in a tokamak

栗田 源一; 津田 孝; 安積 正史; 滝塚 知典; 竹田 辰興

Nuclear Fusion, 34(11), p.1497 - 1515, 1994/00

 被引用回数:38 パーセンタイル:23.21(Physics, Fluids & Plasmas)

ECHの局所加熱によって引き起こされる電子温度の摂動のテアリング・モードに対する効果を調べるために、電子温度輸送方程式を伴った簡約抵抗性MHD方程式に基づくシミュレーションを行った。シミュレーションにおいて、ポロイダル・プラズマ回転の効果も考慮されている。もし回転する磁気島の0点が効率的に加熱されれば、局所加熱によって低m、mはポロイダル方向の波数、$$alpha$$テアリング・モードを完全に安定化できることを示した。小さな幅の磁気島に対して、磁力線方向の大きな熱伝導は径方向に伸びたデポジション分布を作り出し、またその熱伝導の大きさが、テアリング・モードを完全に安定化するために必要な加熱入力を決定する。

報告書

Simulation of tearing mode stabilization by using ECH

栗田 源一; 津田 孝; 安積 正史; 竹田 辰興

JAERI-M 93-224, 34 Pages, 1993/11

JAERI-M-93-224.pdf:1.13MB

電子温度輸送方程式を伴った簡約抵抗性MHD方程式に基づくシミュレーションが、ECHの局所加熱によって引き起こされた電子温度の摂動のテアリング・モードに対する効果を調べる為に行われた。これらのシミュレーションに於いて、ポロイダル・プラズマ回転の効果も考慮されている。局所加熱は、もし回転する磁気島の0点が効率よく加熱されれば、低mのテアリング・モードを完全に安定化できることが示された。大きな磁力線方向の熱伝導は、小さな幅の磁気島に対して、小径方向のデポジション分布を作り出し、またその熱伝導係数の大きさが、テアリング・モードを完全に安定化するために必要な加熱入力の大きさを決定していることが示された。

報告書

静電ドリフト波による磁気島中粒子のストカスティックな挙動の解析

西村 泰太郎*; 安積 正史; 矢木 雅敏; 濱松 清隆; 谷 啓二; 岡田 成文*; 後藤 誠一*

JAERI-M 93-140, 53 Pages, 1993/07

JAERI-M-93-140.pdf:1.51MB

磁気島中を運動している荷電粒子に対する静電ドリフト波摂動の効果を数値計算および理論計算により解析し、粒子軌道の統計的振舞いを評価した。KSエントロピーを評価する事により、磁場摂動、静電波摂動単独では粒子軌道が統計的にならない場合でも、これらの協同効果により磁気島内の広い領域にわたって粒子軌道が統計的となる事を示した。又、この統計的挙動が磁気面上での粒子運動と静電波摂動によるEXBドリフト運動の共鳴による2次的アイランドの形成で生じ、統計性の発生がチリコフ条件と一致する事が認められた。更に、粒子挙動の統計性は同じ摂動エネルギーに対しては単一の静電波摂動より、モード数が連続し共鳴面が接近したバルーニング・タイプの静電波摂動で顕著となる事を明らかにした。

報告書

臨界プラズマ試験装置(JT-60)におけるトロイダル磁場の空間的リップルおよび不整磁場; 臨界プラズマ試験装置設計報告,60

西尾 敏; 大久保 実; 川崎 幸三; 安東 俊郎; 三木 信晴*

JAERI-M 7846, 35 Pages, 1978/09

JAERI-M-7846.pdf:1.03MB

高温プラズマを閉込める大型トカマク装置にとって、リップルおよび不整磁場のプラズマ性能に及ぼす影響は決して無視し得るものではなく、したがって臨界プラズマの達成を目標とするJT-60にとってリップルおよび不整磁場の定量的把握が非常に重要な意義を持つことは論を待たない。検討の結果、以下の事が明らかとなった。i)プラズマの拡散および熱伝導に及ぼすリップルの影響はneoclassicalと同程度である。ii)リップルが誘起するポロイダル磁場コイルの最大電磁力は4.3トン/mとなり、継手構造および支持方法の検討が必要である。iii)プラズマ点火に悪影響を及ぼす不整磁場は、垂直および水平磁場コイルによって補償される程度の大きさである。さらに製作・設置における寸法精度が正規分布するとしたときの不整磁場の確率変動および累積分布関数を求めた。

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