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論文

Current clamp at zero level in JT-60U current hole plasmas

藤田 隆明; 鈴木 隆博; 及川 聡洋; 諫山 明彦; 波多江 仰紀; 内藤 磨; 坂本 宜照; 林 伸彦; 濱松 清隆; 井手 俊介; et al.

Physical Review Letters, 95(7), p.075001_1 - 075001_4, 2005/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:38.74(Physics, Multidisciplinary)

軸対称トーラス形状の磁場閉じ込め高温プラズマにおいて、いったん中心部の電流密度がゼロ近傍となる(電流ホール)と、電気伝導度が高いにもかかわらず、中心部で電流が流れないことを発見した。この電流クランプは、JT-60Uトカマクの実験において、トロイダル電場や高周波を用いた電流駆動に対して観測された。これは、軸対称トーラスプラズマにおける新しい、硬直な、自己組織化された磁場構造である。

論文

Alpha particle loss and neutral beam current drive in fusion plasma with central current hole

飛田 健次; 小関 隆久; 中村 幸治

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(7), p.S95 - S105, 2004/07

 被引用回数:10 パーセンタイル:64.88(Physics, Fluids & Plasmas)

ホール半径r/a=0.6の電流ホールを持つ核融合プラズマにおけるアルファ粒子閉じ込めとビーム電流駆動を数値解析により評価した。このように広い電流ホールが存在する場合、通常アスペクト比(約4)のトカマク炉では15%を超えるアルファ粒子損失が生じうることを示した。一方、低アスペクト比(約2)のトカマク炉は、リップル率の急速な減衰及び磁力線構造の点でアルファ粒子閉じ込めに優位であり、このような電流ホールに対しても損失は2%程度に抑えられる。ビーム電流駆動という観点では、電流ホールプラズマは要請するビームエネルギーが低く既存技術で対応できるという利点がある反面、電流ホールの維持のために必要な電流分布と実際の電流駆動分布がそろわない問題があり補助的な利用に限られる可能性がある。

論文

Formation of advanced tokamak plasmas without the use of an ohmic-heating solenoid

白岩 俊一*; 井手 俊介; 伊藤 智之*; 御手洗 修*; 内藤 磨; 小関 隆久; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; 高瀬 雄一*; 田中 茂利*; et al.

Physical Review Letters, 92(3), p.035001_1 - 035001_4, 2004/01

 被引用回数:42 パーセンタイル:16.85(Physics, Multidisciplinary)

JT-60Uにおいて、電子サイクロトロン波/低域混成派及び位置制御コイルを使うことにより中心ソレノイドをほとんど用いずにプラズマ電流を立ち上げることに成功した。これにより、自発電流割合約90%の高閉込め先進トカマクプラズマを得ることができた。

論文

低アスペクト炉におけるプラズマ電流分布の評価

仙石 盛夫

電気学会プラズマ研究会資料 (PST-03-41), p.23 - 26, 2003/09

ITERや将来の核融合炉における定常運転シナリオでは、ブートストラップ電流(自発電流)の全電流に対する割合が十分大きいことが要請される。本講演では、ITERの非誘導定常運転シナリオの解析をもとに、アスペクト比(プラズマ大半径/小半径)の小さい場合にも適用可能なモデルにより、商用炉VECTOR(アスペクト比約2)についてブートストラップ電流と、外部駆動電流の分布を求めて最適化及び駆動電流のアスペクト比依存性を報告する。対象とするプラズマ放電モードは、弱負磁気シアー及び強負磁気シアーの電流ホールが発生している場合を扱った。

論文

Profile control and plasma start-up by RF waves towards advanced tokamak operation in JT-60U

高瀬 雄一*; JT-60チーム

AIP Conference Proceedings 694, p.235 - 242, 2003/05

電子サイクロトロン(EC)波入射により中心電子温度23keVを達成した。中心EC波電流駆動(ECCD)により空間的に局在したEC駆動電流密度分布が得られ、共鳴電子の拡散係数の上限は$$1{rm m^{2}/s}$$である。実験による電流駆動効率は理論で予想される値より小さいが、原因 は大きなEC駆動電流により生じた負の電場と考えられる。強磁場側と弱磁場側のECCD規格化電流駆動効率を比較し、理論的に予想されている捕捉粒子効果を確認した。低域混成波による電流駆動(LHCD)を周辺部で行い、負磁気シアプラズマにおける安全係数最小の半径と内部輸送障壁の半径を広げた。負イオンに基づく中性粒子ビーム電流駆動(N-NBCD)により電流ホールの半径を縮小した。OHソレノイドを用いずに以下の項目からなる総合シナリオを実証した。(1) RF波によるプラズマ生成と垂直磁場・形状制御磁場の誘導を用いた革新的なプラズマ立ち上げ手法,(2) 電磁誘導によらないプラズマ電流上昇,(3) 高密度かつ自発電流が支配的な高閉じ込めプラズマ。本手法により生成したプラズマは内部輸送障壁、周辺輸送障壁をともに有し、$$I_{rm p}=0.6$$MA,$$n_{rm e}=0.5n_{rm GW}$$において、$$beta_{rm p}=3.6$$($$epsilonbeta_{rm p}=1$$),$$beta_{rm N}=1.6$$,$$H_{rm H98y2}=1.6$$,$$f_{rm BS}geq90%$$を達成した。

論文

定常核融合炉を目指したJT-60の最近の成果

二宮 博正

日本原子力学会誌, 45(4), p.243 - 248, 2003/04

日本原子力研究所の大型トカマク装置JT-60では、プラズマの温度,密度を高め、またエネルギーの閉じ込めを良くするためには、プラズマ電流分布やプラズマ圧力分布を適切に制御することが重要なことを明らかにしてきた。この結果、1996年には、重水素―トリチウム燃料に置き換えたときのプラズマ加熱パワーと核融合反応出力の比率である等価エネルギー増倍率で1.05を得て臨界プラズマ条件を達成するとともに、1998年には等価エネルギー増倍率1.25という世界最高性能のプラズマを実現した。さらに、世界に先駆けて核融合炉に要求されるプラズマの各種目標性能を同時に達成する研究を進め、国際熱核融合実験炉(ITER)に対し重要な貢献を果たすとともに、世界のトカマク型定常核融合炉の研究開発を牽引・先導してきた。併せて、これらの研究を支えるプラズマの加熱・電流駆動装置等の開発・改良を行い、炉工学への貢献も行ってきた。本稿では、これらJT-60の研究全体を概観しつつ、最近の成果と今後の展望を報告する。

論文

TSC modelling of current ramp scenarios with ITB-Generated bootstrap currents in JT-60U reversed shear discharges

中村 幸治; 筒井 広明*; 武井 奈帆子*; 坂本 宜照; 藤田 隆明; 杉原 正芳; 小関 隆久; 飛田 健次; 小西 哲之; 飯尾 俊二*; et al.

Europhysics Conference Abstracts, 27A, 4 Pages, 2003/00

先進運転シナリオの有力なトカマク配位である負磁気シア・プラズマの放電立上げと長時間維持のための制御モデルを構築する観点から、TSCコードに内部輸送障壁(ITB)で発生する自発電流モデルを組み込み、そのシミュレーション機能を拡張した。ITBの強さと幅はプラズマ圧力分布の関数形をあらかじめ指定し、ITB脚の位置を、常にモニターした磁気シア反転の規格化半径($$rho$$$$_{qmin}$$)に応じて連動させた。まず、高い割合の自発電流で駆動されたJT-60U負磁気シア・プラズマについて、その典型的な電流立上げ実験の様子をほぼ完全な実配位のシミュレーションによって再現し、ITBと自発電流の数値モデルの妥当性を検証した。高ベータ化を図るうえで、ITB規格化半径を可能な限り拡大($$rho$$$$_{qmin}$$$$>$$0.5)させることが求められるが、負磁気シア・プラズマでは、誘導電流がプラズマ中心部へ浸透したり非誘導的な自発電流や外部駆動電流の分布に応じて電流分布が大きく変化する。このため、ITBの領域拡大に関する外部制御の方法を調べた。また、将来の核融合炉では超電導コイルの交流損失を低減する技術的な制約があるため、現在JT-60Uで行われている$$sim$$0.6MA/s程度の電流立上げ速度をできる限り遅くしつつ($$sim$$0.2MA/s),低$$rho$$領域に導くMHD的にも安定なプラズマ立上げシナリオを探った。さらに、シミュレーションによる電流や電場の詳細分布を示し、ITBの構造や磁気シア反転位置などの条件によってはプラズマ電流立上げの際、電流ホールが形成されることを示した。

論文

JT-60トカマクプラズマにおける電流分布制御と閉じ込め性能の改善

藤田 隆明

日本物理学会誌, 57(8), p.559 - 567, 2002/08

トカマク型磁場閉じ込め装置においては、高温プラズマ中に電流を流すことによりプラズマを閉じ込めるらせん状磁場を形成している。このためトカマクプラズマの電流分布の計測は閉じ込め磁場の空間構造を把握することを意味し、磁場中のプラズマの熱・粒子輸送やプラズマの安定性の理解に極めて重要な役割を果す。本稿では、大型トカマクJT-60における高精度の電流分布計測法を紹介するとともに、その活用により発展した電流分布制御を用いた高温核融合プラズマの閉じ込め性能の改善に関する最近の研究成果について解説する。

論文

Modeling of the current hole in a tokamak

Chankin, A. V.; Mukhovatov, V. S.*; 藤田 隆明; 三浦 幸俊

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 26B, 4 Pages, 2002/00

電流ホールのあるプラズマの平衡を解析するため、誘導電流+外部電流,自発電流及びPfirsh-Schluter電流を分けて扱うことができる新しいコードを開発した。電流ホール近傍をこのコードで解析した結果、電流ホールの端ではこのPfirsh-Schluter電流が支配的であり、実験的に観測されている、電流ホールのすぐ外側における急峻な電流勾配の大部分を占めていることがわかった。このような大きなPfirsh-Schluter電流は、電流ホールの強磁場側の端において局所的なX点形成を促進する負の電流を作り出すことが可能である。小半径方向に単調に増加するポロイダル磁場を有する現実的な平衡解を得るためには、Pfirsh-Schluter電流による負の電流を打ち消すために十分大きな誘導電流+外部駆動電流が電流ホールの端で流れてる必要がある。

論文

Stable existence of central current hole in the JT-60U tokamak

三浦 幸俊; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 坂本 宜照; 小出 芳彦; 波多江 仰紀; 内藤 磨; 諫山 明彦; et al.

IAEA-CN-94/EX/C3-1Ra (CD-ROM), 5 Pages, 2002/00

負磁気シア配位による先進トカマク運転では、凹状の電流分布により安全係数の極小値が磁気軸から外れて存在し、その極小値の内側に内部輸送障壁が形成されて閉じ込めが著しく改善される。この負磁気シア配位の極限状態では、トカマクの閉じ込めにとって必要不可欠であると考えられていたプラズマ電流がプラズマ中心近傍でほぼゼロとなっている(電流ホール)ことを世界で初めて発見した。しかも、半径の40%に至る領域でプラズマ電流がほぼゼロの状態が長時間安定に存在できることを世界で初めて示した。電流ホールは、内部輸送障壁部の圧力勾配による自発電流等の非誘導電流により発生する負の電場の拡散により、中心部の電流がゼロになっているように観測されており、電流ホール形成後は、ECHあるいはN-NBによる(順・逆方向)電流駆動でも電流ホール内部に(順・逆)電流が現れることはない。

論文

Formation and sustainment of current hole in JT-60U

藤田 隆明; 三浦 幸俊; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 竹永 秀信; 及川 聡洋; Chankin, A. V.; 坂本 宜照; 小出 芳彦; 波多江 仰紀; et al.

Proceedings of 29th European Physical Society Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, 9 Pages, 2002/00

JT-60Uにおいて、モーショナルシュタルク効果(MSE)計測の測定精度の向上及び平衡コードの改良により、負磁気シアプラズマの中心部に電流がほとんど流れていない領域(「電流ホール」)が数秒間安定に存在することを明らかにした。電流ホールの半径はプラズマ半径の40%に及ぶ。これは従来必要と考えられていた磁気軸上電流がなくても安定にトカマクを運転できる可能性を示すものである。電流ホールは中心を外れた非誘導電流の増大によって形成される。興味深いのは、中心部で電流が負となる例が観測されていないことである。また、電流ホール内において、中性粒子ビームや電子サイクロトロン波による電流駆動を行った場合でも、中心部に電流が発生しない。このような電流ホールの硬直性は、それを維持する何らかの機構が働いていることを示唆している。

論文

Plasma equilibrium and confinement in a tokamak with nearly zero central current density in JT-60U

藤田 隆明; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 井手 俊介; 坂本 宜照; 小出 芳彦; 波多江 仰紀; 内藤 磨; 諫山 明彦; 林 伸彦; et al.

Physical Review Letters, 87(24), p.245001_1 - 245001_4, 2001/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:28.64(Physics, Multidisciplinary)

JT-60Uトカマクにおいて、中心付近にトロイダル電流がほとんどゼロとなる領域(「電流ホール」)を有する高閉じ込めの平衡が数秒間安定に持続することが初めて観測された。これは、従来必要と考えられていた中心部のトロイダル電流がなくてもトカマクを安定に運転できる可能性を示すものである。電流ホールの半径はプラズマ半径の40%にまで及んだ。中心を外れた非誘導電流の増大によって電流ホールが形成されることが観測された。

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