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論文

Downward terrestrial gamma-ray flash observed in a winter thunderstorm

和田 有希*; 榎戸 輝揚*; 中澤 知洋*; 古田 禄大; 湯浅 孝行*; 中村 佳敬*; 森本 健志*; 松元 崇弘*; 牧島 一夫*; 土屋 晴文

Physical Review Letters, 123(6), p.061103_1 - 061103_6, 2019/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:20.02(Physics, Multidisciplinary)

During a winter thunderstorm on 2017 November 24, a strong burst of gamma-rays with energies up to $$sim$$10 MeV was detected coincident with a lightning discharge, by scintillation detectors installed at Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Plant at sea level in Japan. The burst had a sub-second duration, which is suggestive of photoneutron productions. The leading part of the burst was resolved into four intense gamma-ray bunches, each coincident with a low-frequency radio pulse. These bunches were separated by 0.7$$-$$1.5 ms, with a duration of $$<$$1 ms each. Thus, the present burst may be considered as a "downward" terrestrial gamma-ray flash (TGF), which is analogous to up-going TGFs observed from space. Although the scintillation detectors were heavily saturated by these bunches, the total dose associated with them was successfully measured by ionization chambers, employed by nine monitoring posts surrounding the power plant. From this information and Monte Carlo simulations, the present downward TGF is suggested to have taken place at an altitude of 2500$$pm$$500 m, involving $$8^{+8}_{-4} times10^{18}$$ avalanche electrons with energies above 1 MeV which is comparable to those in up-going TGFs.

論文

逃走電子のカオス

松山 顕之

プラズマ・核融合学会誌, 91(3), p.204 - 208, 2015/03

ディスラプション時の逃走電子発生機構の解明と緩和手法の開発がITERに向けた喫緊の研究開発課題となっている。逃走電子発生の緩和および回避にとって重要となる輸送・再分配過程には巨視的および微視的磁場揺動が支配的な役割を果たすと考えられており、現象の解析に3次元軌道追跡シミュレーションが用いられる。ここでは、逃走電子発生現象の物理モデリングの基本的な考え方を紹介したのち、軌道解析に関する問題の切り口の一つとして、巨視的な摂動磁場の存在下における磁気面とドリフト面の相対関係を議論する。

論文

Fokker-Planck simulation of runaway electron generation in tokamak disruptions

奴賀 秀男; 松山 顕之; 矢木 雅敏; 福山 淳*

Plasma and Fusion Research (Internet), 10, p.1203006_1 - 1203006_2, 2015/01

The runaway electron generation during tokamak disruptions is investigated by kinetic simulations. Three dimensional Fokker-Planck simulations (2D in momentum space and 1D in radial direction) are carried out with various values of $$tau_q$$ and the results are compared with the previous simulation results that use runaway generation rate derived by Conner and Hastie. From the simulation results, It is pointed out that the importance of the hot-tail effect for the description of the runaway electron generation mechanism with fast thermal quench.

論文

Characteristics of post-disruption runaway electrons with impurity pellet injection

河野 康則; 仲野 友英; 諫山 明彦; 朝倉 伸幸; 玉井 広史; 久保 博孝; 竹永 秀信; Bakhtiari, M.; 井手 俊介; 近藤 貴; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 81(8), p.593 - 601, 2005/08

ディスラプション時に発生する高エネルギー逃走電子に対する不純物ペレット入射の緩和効果を調べるための実験をJT-60Uにおいて実施した。まず、逃走電子プラズマ中に不純物ネオンペレットがデポジションすることをプラズマ電子密度の増加を通して観測した。また、ペレット入射時の逃走電子電流減衰時間は、約1/2に短くなった。さらに、逃走電子電流減衰率の変化量とプラズマ外への逃走電子損失を示す光中性子信号の変化量は、ほぼ比例する関係にあった。以上より、不純物ネオンペレット入射による逃走電子の損失増大,緩和効果を見いだした。

論文

光学計測

河野 康則

電気学会技術報告,第1018号, p.25 - 29, 2005/05

電気学会「パルス電磁エネルギーの発生と制御調査専門委員会」は、パルス電磁エネルギーの発生と制御に関する最新動向を総合的に調査し、技術的な課題と問題点を明確にするとともに、将来の研究方向について明確な展望を得ることを目的として設置された。同委員会の報告書のうち、本稿は「第3.3節光学計測」を分担執筆したものである。内容としては、最近著者より提案した、「レーザ逆コンプトン散乱によるトーラスプラズマ中の相対論的電子ビーム診断」について取り上げた。この診断法は、トカマクプラズマ中で発生する逃走電子のエネルギー分布を能動的に計測することを主たる目的とするもので、JT-60において観測される逃走電子ビームを対象とした場合の散乱光子特性評価結果について紹介した。例えば、ビーム電子数2$$times$$10の17乗個、ビーム電子エネルギー30MeVのビームに対して、出力10J,パルス幅1nsのYAGレーザ光(波長1.06ミクロン)を正面衝突させた場合、最大散乱光子エネルギーはX線域に達すること、またS/N比としては3程度のオーダーが見込めることを示した。また、本計測法の実現には、パルスX線イメージング分光技術の開拓が必要であるとの課題提起を行った。

論文

Characteristics of runaway plasmas in JT-60U

河野 康則; 仲野 友英; 諫山 明彦; 波多江 仰紀; 木島 滋; 大山 直幸; 近藤 貴; 玉井 広史; 久保 博孝; 朝倉 伸幸; et al.

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

トカマクのディスラプション時に発生する逃走電子の緩和を目的として、不純物ペレット入射などの外部アクチュエータを用いた実験を実施した。その結果、不純物ペレット入射による逃走電子排出効果及び逃走電子電流減衰効果を見いだした。また、逃走電子電流の基本的な振る舞いが、逃走電子のアバランシェ過程による発生とシンクロトロン放射の効果を取り入れたAndersson-Helanderモデルに基づく減衰とのバランスで説明できる可能性を示した。他方、電流消滅時間が逃走電子により伸張されることに着目し、逃走電子を用いた電流消滅回避実験を実施した。実験では、発生した逃走電子により、電子温度が数10eV以下まで低下し、また不純物ペレットが入射された状態でも放電を維持できることが示された。このとき、プラズマ電流は指令値通りに継続及び停止を行うことが可能であった。逃走電子のダイナミクスを詳細に調べることを目的として、レーザ逆コンプトン散乱に基づく能動的,直接な診断法を新たに提案した。

論文

Fast plasma shutdown scenarios in the JT-60U tokamak using intense mixed gas puffing

Bakhtiari, M.; 河野 康則; 玉井 広史; 三浦 友史; 芳野 隆治; 西田 靖*

Nuclear Fusion, 42(10), p.1197 - 1204, 2002/10

 被引用回数:44 パーセンタイル:19.11(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク型核融合炉では、プラズマのディスラプション時に急激に放出される熱エネルギーと逃走電子の発生とによって、第一壁等が損傷を受けることが懸念され、その緩和・抑制を行う手法の開発が進められている。その中で、プラズマ電流を急激に減少させてディスラプションを模擬し、そこへアルゴンと水素の混合ガスをプラズマ中に入射して、逃走電子の発生を防ぎつつ放電を速やかに停止するシナリオを考案し、JT-60Uにおいて実験的に証明した。この結果、アルゴンガスは放射損失を高めて放電の高速遮断に寄与する一方、水素ガスは電子密度を高めるとともに逃走電子の抑制に寄与することが明らかとなり、混合ガスパフの有効性が示された。

論文

Disruption studies in JT-60U

河野 康則; 芳野 隆治; 閨谷 譲; 中村 幸治; 徳田 伸二; 玉井 広史

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.298 - 314, 2002/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.57(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uでは、ディスラプション物理の解明及びディスラプション回避・緩和技術の開発に関する研究を精力的に実施してきており、ここで得られた成果はITERの設計に大きく貢献している。本論文は、これまでの主要成果についてレビューを行うものである。内容は以下に示す通り。(1)序論,(2)ディスラプション特性,(2.A)ディスラプションシーケンス,(2.B)熱消滅と不純物発生,(2.C)不純物混入と電流消滅,(3)ハロー電流,(3.A)ハロー電流データベース,(3.B)ハロー電流のパラメータ依存性,(3.C)ハロー電流の低減,(4)垂直移動現象(VDE),(4.A)VDEの回避,(4.B)VDEのMHDシミュレーション,(5)逃走電子,(5.A)逃走電子の発生回避及び抑制,(5.B)逃走電子の数値解析,(6)結論。

論文

Runaway current termination in JT-60U

玉井 広史; 芳野 隆治; 徳田 伸二; 栗田 源一; 閨谷 譲; Bakhtiari, M.; Khayratdinov, R. R.*; Lukash, V.*; Rosenbluth, M. N.*; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 42(3), p.290 - 294, 2002/03

 被引用回数:33 パーセンタイル:26.75(Physics, Fluids & Plasmas)

ディスラプション時に発生する逃走電子電流は、第一壁の損耗をもたらすことが懸念されている。そこで、JT-60Uにおいて、発生した逃走電子を遮断するために表面安全係数(q$$_{s}$$)を下げる方法を開発した。q$$_{s}$$が減少して、2または3となったときに発生する強い磁場揺動によって逃走電子電流が消滅することを実験的に明らかにした。その消滅機構として、プラズマ周辺部に形成される低温の磁気バブルによる磁気面の変形を通した逃走電子の閉じ込め劣化を考察した。また、磁場揺動に伴って放出される逃走電子のエネルギーによる第一壁の熱負荷と、逃走電子遮断時にバッフル板に流れるハロー電流の測定・解説結果から、本遮断方法では逃走電子による第一壁の損耗を低減できることを示した。

論文

Runaway electrons in magnetic turbulence and runway current termination in discharges

芳野 隆治; 徳田 伸二

Nuclear Fusion, 40(7), p.1293 - 1309, 2000/07

 被引用回数:125 パーセンタイル:4.24(Physics, Fluids & Plasmas)

逃走電子はその高いエネルギーのために第一壁への局所的な熱負荷が大きく、核融合炉においてその抑制を行う必要がある。逃走電子発生については、従来のドレイサー電場によるものに加え、既存の逃走電子との衝突による二次的な発生が指数関数的に増大するとして、核融合炉炉心プラズマでは大きな問題になると予測されている。一方、逃走電子の閉じ込めについては、微視的な磁場揺動下や低いモード数の磁気島においては閉じ込めが良いのに対し、マクロな磁場揺動下では逆に閉じ込めが劣化することがJT-60Uで解明されてきている。したがって、逃走電子を消滅させる方法としてプラズマ表面での安全係数を下げキンク不安定性を励起することが有効と考えられ、JT-60Uにて実証された。

論文

Energetic Particles in Magnetic Confinement Systems

二宮 博正; 飛田 健次; Schneider, U.*; Martin, G.*; Heidbrink, W. W.*; Kolesnichenko, Ya. I.*

Nuclear Fusion, 40(7), p.1287 - 1291, 2000/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:22.5(Physics, Fluids & Plasmas)

原研那珂研究所で開催された第6回IAEA「磁気閉じ込め系における高エネルギー粒子」に関する技術会合の報告書である。トカマクにおける高エネルギーイオンの理論・実験研究が中心であったこれまでのトピックスに加え、逃走電子及びトカマク以外の磁気閉じ込め方式における高エネルギー粒子研究を加えたことが今日の会合の特徴である。本会合には60人を超える参加者があり、27件の口頭発表と19件のポスター発表が行われた。これまでトカマク中心に進められていたこの領域の研究がヘリカル装置、球状トカマク等へも拡大し、閉じ込め方式によって特徴は異なるものの基本的には同じ現象が起こることを確認できた。

論文

ITER物理R&D専門家会合報告

小関 隆久; 飯尾 俊二*; 芳野 隆治; 嶋田 道也; 藤沢 登; 海老澤 克之*; 伊尾木 公裕*; 中村 幸治; 徳田 伸二; 林 伸彦

プラズマ・核融合学会誌, 76(7), p.694 - 696, 2000/07

2000年1月に原研・那珂研究所で開催された、ITER物理R&D専門家会合について報告する。「MHD・ディスラプション・プラズマ制御」についての専門家会合が、日米ワークショップ「トロイダルプラズマにおける高ベータでのMHD安定限界」と同時に行われた。会合では、(1)新古典テアリングモード,抵抗性壁モードなどのMHD安定性、(2)ディスラプション時の逃走電子の発生、(3)プラズマ平衡制御モデル、に関して発表や討議・検討が行われた。その概要を紹介する。

報告書

Proceedings of the 6th IAEA Technical Committee Meeting on Energetic Particles in Magnetic Confinement Systems; October 12-14, 1999, JAERI, Naka, Japan

炉心プラズマ研究部

JAERI-Conf 2000-004, p.140 - 0, 2000/03

JAERI-Conf-2000-004.pdf:10.5MB

本報文集は、1999年10月12-14日に日本原子力研究所那珂研究所において開催された標記第6回会合の報文を収録した。この会合は、これまで「核融合研究における$$alpha$$粒子」というタイトルで、キエフ(1989)、アスペナス(1991)、トリエステ(1993)、プリンストン(1995)、及びアビンドン(1997)で開催された会合に引き続くものである。今回の会合では、$$alpha$$粒子物理、高速イオンの輸送現象、高速イオンによる核融合プラズマへの効果、高速イオンの集団現象などの高速イオン研究に加えて、新たにディスラプション時の逃走電子、及び高速粒子に関するプラズマ診断法を対象テーマとした。出席者は60人を上回り、27件の口頭発表(うち招待講演8件)と19件のポスター発表があった。この報文集は、これらの研究発表のうち37件の論文を収録した。

論文

ITER物理R&Dの成果,4; ディスラプション,HMDとプラズマ制御

芳野 隆治; 小関 隆久; 徳田 伸二; 飯尾 俊二*; 山崎 耕造*

プラズマ・核融合学会誌, 76(2), p.116 - 126, 2000/02

トカマク核融合実験炉ITERを設計する物理基準を明確にするために行われてきた、Disruption, MHD及びプラズマに関する物理R&Dの研究成果を記述している。ディスラプションにおける熱消滅、プラズマ電流消滅垂直位置移動現象とハロー電流、逃走電子、緊急停止、ディスラプション回避、エラー磁場不安定性、新古典ティアリングモード、抵抗性壁モード、先進トカマク運転におけるMHD安定性、プラズマ制御について研究の現状と今後の課題を示している。

報告書

JFT-2M用多チャンネルX線モニターシステムの開発

岡野 文範; 海野 一美*

JAERI-Tech 99-070, p.19 - 0, 1999/09

JAERI-Tech-99-070.pdf:3.05MB

高性能トカマク開発試験装置(JFT-2M)では、プラズマ放電(約6分周期、持続時間約1秒)に伴い、高エネルギーの逃走電子がリミタ等に衝突してX線が発生する。このX線発生量を管理区域境界において許容線量以下とし、安全管理をより確実なものとする目的で、JFT-2M多チャンネルX線モニターシステムを新たに製作した。本システムは、4台の電離箱型検出器をJFT-2M装置本体の周りに配置し、X線発生量のトロイダル方向分布を把握可能とした。検出器からの出力信号は光変換され、線量計本体を経由して、パーソナルコンピュータでデータ収集・処理される。また、X線発生量が過大となった場合、それを検知してプラズマ放電を安全に停止するインターロック機能も設けた。これにより、X線の発生状況をJFT-2Mのプラズマ制御に素早く反映することができ、より確実に管理区域境界における許容線量を超えないよう管理可能となった。

論文

Generation and termination of runaway electrons at major disruptions in JT-60U

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:132 パーセンタイル:3.9(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$$_{gamma}$$($$equiv$$-(dI$$_{p}$$/dt)/I$$_{p}$$)が50sec$$^{-1}$$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$$_{gamma}$$が300~400sec$$^{-1}$$と高い場合でも実効的安全係数q$$_{eff}$$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$$_{eff}$$が8より容易に高くなり、I$$_{gamma}$$が50~100sec$$^{-1}$$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。

報告書

Design & analysis of ITER shield blanket

大森 順次*; 秦野 歳久; 江里 幸一郎*; 原 重充*; 三浦 秀徳*; 黒田 敏公*; 古谷 一幸; 佐藤 聡; 榎枝 幹男; 高津 英幸; et al.

JAERI-Tech 98-055, 97 Pages, 1998/12

JAERI-Tech-98-055.pdf:3.16MB

ITERの1997年度の工学設計活動として、遮蔽ブランケットの電磁解析、モジュール及びバックプレートの製作方法の検討、ポートリミターの代替案の設計と製作方法の検討、逃走電子によるベリリウム第一壁の熱解析を行った。電磁解析では、ベリリウム第一壁に施すスリットの数と深さの最適値を提案した。ブランケットモジュール、バックプレート、ポートリミッタ等の製作性の検討では、製作手順、問題点等を明らかにした。逃走電子による第一壁の熱応答は、ベリリウムタイル表面の最大温度、溶融深さを求めた。

論文

Suppression of runaway-electrons generation during desruptive discharge-terminations in JT-60U

河野 康則; 芳野 隆治; 閨谷 譲; 近藤 貴; 伊世井 宣明; 石田 真一; 飛田 健次; 波多江 仰紀; 伊丹 潔; 逆井 章; et al.

24th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics, 21A, p.501 - 504, 1997/00

急速放電停止時における逃走電子の発生を抑制できることを実験的に示した。電流クエンチ時の大きな一周電圧により加速される電子が、逃走電子まで加速される前に大きな磁場揺動で排出されることがわかった。磁場揺動は外部ヘリカル磁場コイルの励磁により増大させることができた。典型的な値として、径方向のn=1モード磁場揺動値;B$$_{r-n=1}$$が~18ガウス(あるいはそのトロイダル磁場との比;B$$_{r-n=1}$$/B$$_{t}$$が~0.07%以上)あれば、電流クエンチ率;dI$$_{p}$$/dtが-100MA/sのときでも逃走電子発生は抑制される。

論文

Fast current shutdown scenario for major disruption softening in JT-60U

河野 康則; 芳野 隆治; 閨谷 譲; 近藤 貴; 伊世井 宣明; 石田 真一; 飛田 健次; 波多江 仰紀; 伊丹 潔; 逆井 章; et al.

Fusion Energy 1996, Vol.1, p.345 - 357, 1997/00

JT-60Uで開発されたキラーペレット入射による急速電流停止法は、ITERなどのトカマク型核融合炉のディスラプション緩和や装置の緊急事態発生時における速やかなプラズマ放電停止の有望な手法である。一方、キラーペレットによる急速電流停止時には高エネルギーの逃走電子の発生が指摘されており、この逃走電子を抑制することが課題となっている。そこで逃走電子を抑制しつつ放電を停止する手法の確立を目的とした研究を行った。その結果、外部ヘリカル磁場発生コイルの使用やトロイダル磁場温度を低下することにより電流停止時の磁場揺動強度を増大させることで、逃走電子を抑制できることを明らかにした。

論文

「ITER物理R&D」専門家グループの現状と展望,4; ディスラプション,プラズマ制御およびMHD

芳野 隆治; 山崎 耕造*; 徳田 伸二

プラズマ・核融合学会誌, 72(6), p.513 - 516, 1996/06

ディスラプション、プラズマ制御、MHDに関するITER物理R&D専門家会合の活動状況について、簡潔にまとめている。ディスラプションの分野では、ディスラプションのシナリオ、垂直方向のプラズマ移動、ハロー電流についての解明が進み、現在は、ディスラプションの緩和、ディスラプション過程の計測とモデリングの作業が進行中である。MHDの分野では、ベータ値限界、閉じ込めへの鋸歯状振動の影響、エラー磁場不安定性の回避などの研究が進められている。プラズマ制御については、原研那珂研究所で開催予定の第4回目の会合にて議論される予定である。

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