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論文

Review of recent steady-state advanced tokamak research and its further pursuit by reduction of TF ripple on JT-60U

篠原 孝司; JT-60チーム

Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S56 - S62, 2006/12

JT-60の最新の研究成果として、高ベータ放電(規格化ベータ2.3)を長時間(電流緩和時間の約13倍)維持したこと,長時間放電に伴う粒子の壁飽和の観測などについて報告する。また、現在設置が進行中であり、最新のプロジェクトであるフェライト鋼設置によるトロイダル磁場リップル低減について、その位置づけ・効能,設計検討について発表する。その際、このプロジェクトに影響を与えたJFT-2Mにおけるフェライト鋼設置に関する先駆的成果についても報告する。

論文

Advanced data handling for plasma profile control in JT-60

米川 出; 末岡 通治; 細山 博己*; 川俣 陽一; 鈴木 隆博; 栗原 研一

Fusion Engineering and Design, 81(15-17), p.1897 - 1903, 2006/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.25(Nuclear Science & Technology)

高ベータプラズマの不安定性を回避する手段としてプラズマ電流分布の実時間制御の導入が実施され始めている。実時間分布制御における全体の処理時間は、入力信号であるMSE計測,プラズマ位置,形状を算出するシステム及び分布制御計算機での演算処理時間とプラズマ制御系内のデータ通信を含めても十ミリ秒程度でなければならない。一方、位置(R,Z)と時間の関数となる分布量データは、データサイズが大きいことから、転送時間の短縮や保存容量の最小化を図ることが必要である。プラズマ規格化小半径(r)を導入して位置の次元を1つ減らし、(j(t),$$rho$$(t))の2次元時系列データとすることによりデータ量の縮小を図った。さらに$$rho$$の刻みを固定化することで、従来と同じ1次元時系列データとして取り扱うことが可能となり、放電条件設定等のマンマシンインターフェースを利用することができる。この報告では分布量制御における3次元時系列データの簡略取り扱い法についてその技術的な事項をハードウエア構成とともに述べることとする。

論文

Steady state operation research in JT-60U with extended pulse length

藤田 隆明; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 46(3), p.S3 - S12, 2006/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:72.7(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいては、加熱パワーの入射時間を10秒から30秒に伸長し、電流拡散時間を超え、壁飽和時間に近い時間スケールでのプラズマ特性の研究を開始した。加熱装置の入射時間は順調に伸長し、入射エネルギー350MJを達成した。規格化ベータ値2.3を22.3秒間維持するなど高ベータの維持時間を大幅に伸長した。また、負磁気シアプラズマ及び弱磁気シアプラズマにおいて、完全電流駆動に近い状態での高自発電流割合の維持時間も5.8秒及び7.4秒まで伸長した。いずれの場合も電流分布は定常状態に達し、高ベータ,高自発電流割合の長時間維持に明るい見通しを得た。長時間スケールでの制御性の研究のため、電流分布の実時間制御システムを構築し、低ベータプラズマで実証した。高密度放電を繰り返すことにより、壁の粒子吸蔵量が飽和する状態をJT-60で初めて得た。壁飽和状態でダイバータ排気による粒子制御を実証した。ダイバータ板へのパルス的な熱負荷のない静かなHモード(QHモード)を初めて表面のトロイダル回転がゼロに近い状態で実現した。

論文

Overview of the national centralized tokamak programme

菊池 満; 玉井 広史; 松川 誠; 藤田 隆明; 高瀬 雄一*; 櫻井 真治; 木津 要; 土屋 勝彦; 栗田 源一; 森岡 篤彦; et al.

Nuclear Fusion, 46(3), p.S29 - S38, 2006/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:54.28(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク国内重点化装置(NCT)計画は、大学における成果を取り込みつつJT-60Uに引き続き先進トカマクを進めるための国内計画である。NCTのミッションは発電実証プラントに向けて高ベータ定常運転を実現するとともに、ITERへの貢献を図ることである。高ベータ定常運転を実現するために、装置のアスペクト比,形状制御性,抵抗性壁モードの帰還制御性,電流分布と圧力分布の制御性の機動性と自由度を追求した。

論文

Engineering design and control scenario for steady-state high-beta operation in national centralized tokamak

土屋 勝彦; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; et al.

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1599 - 1605, 2006/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.16(Nuclear Science & Technology)

JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)は、経済的な核融合炉の実現を目指した定常高ベータプラズマ運転の実証が重要なミッションの一つである。現在、プラズマ形状及びアスペクト比について広いパラメータ領域で研究を行えるように、装置の物理的・技術的設計検討を進めている。本装置の目標とする高ベータプラズマは、自由境界MHD安定性限界を超えた領域にあるため、電子サイクロトロン加熱による新古典テアリングモードの抑制に加えて、安定化板及び容器内コイルを用いた壁不安定性モードの抑制など、さまざまなMHD不安定性の制御手法を駆使する必要がある。それらを踏まえて、今回は、高ベータと臨界条件クラスのプラズマを同時に達成できるプラズマパラメータの解析評価、及び自由境界MHD安定性限界を超えた高ベータプラズマの非誘導電流駆動制御シナリオの検討結果について報告する。また、広いパラメータ領域で定常高ベータプラズマ運転を実現させるための装置設計の現状に関して、超伝導コイル及び放射線遮へい材を中心に報告する。

論文

Investigation of compatibility of low activation ferritic steel with high performance plasma by full covering of inside vacuum vessel wall on JFT-2M

都筑 和泰; 篠原 孝司; 神谷 健作; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 栗田 源一; Bakhtiari, M.; 小川 宏明; 星野 克道; 河西 敏; et al.

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.721 - 725, 2004/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:52.27(Materials Science, Multidisciplinary)

低放射化フェライト鋼は核融合原型炉のブランケットの有力な候補材料であるが、強磁性体であり不純物の吸蔵量も大きいことから高性能プラズマとの共存性の実証が不可欠である。JFT-2Mにおいては、原研炉のブランケット壁を模擬するため、真空容器の内壁全面にフェライト鋼を設置し、適合性試験を行っている。プラズマ生成,制御に関しては、フェライト鋼によって生成される磁場が、外部磁場の10%程度であることを示し、トカマクプラズマが既存の制御系で生成可能であることを示した。さらに、原型炉においても、制御に対する影響はJFT-2Mと同程度と予測されることを示した。また、原型炉で想定されている高規格化ベータプラズマに対する適合性を調べる実験を行い、フェライト鋼壁の存在下でも壁無しの安定化限界に近い、規格化ベータ3.3程度のプラズマが生成できることを実証した。この配位をベースにしてプラズマを全体的に弱磁場側の壁に近付けたところ、ディスラプション直前のモードの成長速度が壁の時定数程度(数ms)まで低減した。これは壁安定化効果の存在を示唆する。その他、低ベータでのロックトモード,Hモード遷移等にも悪影響は観測されておらず、フェライト鋼の原型炉への適用に対し、明るい見通しを与える結果が得られた。

論文

Design optimization study of the JT-60 superconducting coil modification

松川 誠; JT-60SC設計チーム

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), p.1399 - 1404, 2004/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:70.09(Engineering, Electrical & Electronic)

将来の核融合炉を魅力的なものとするためには、プラズマの定常高ベータ化研究や、低放射化フェライト鋼とプラズマとの適合性試験などを推進する必要がある。これらの観点に立って、我が国においてはトカマクでの核融合研究をJT-60装置において重点的に実施することが、文部科学省の科学技術・学術審議会で合意されている。平成14年度の装置設計案をベースに、プラズマ形状やダイバータ配位等についてより広い運転パラメータへ拡張できる装置としての柔軟性を確保するため、クライオスタットの形状を改善して、既存NBIタンクとの空間干渉が回避できる範囲でトロイダル磁場コイルのサイズを最大化した。これにより、オープンダイバータ配位においては、アスペクト比2.8を実現した。今回の最適化検討で特筆すべきことは、可能な限り高い電流密度で運転することで、超伝導線材の利用率を向上させることにより、使用する超伝導線材の総量をむしろ減少させたことである。講演では、本装置の超伝導マグネットシステムを中心にして、装置全体の設計最適化についても述べる。

論文

High-beta steady-state research and future directions on the Japan Atomic Energy Research Institute Tokamak-60 Upgrade and the Japan Atomic Energy Research Institute Fusion Torus-2 Modified

石田 真一; JT-60チーム; JFT-2Mグループ

Physics of Plasmas, 11(5), p.2532 - 2542, 2004/05

 被引用回数:21 パーセンタイル:41.31(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60UとJFT-2Mにおいて、経済性と環境適合性の高い魅力的な核融合炉を目指して進めている定常高ベータ化研究の成果を発表する。JT-60Uでは、bN=2.7の高ベータプラズマを7.4秒維持したが、その性能は新古典テアリングモード(NTM)で制限された。電子サイクロトロン波入射と電子温度揺動計測を組合せてNTMの実時間制御法を開発し、NTMの完全抑制に成功した。負イオン中性粒子入射を用いて高性能化を行い、完全電流駆動プラズマで世界最高の核融合積を達成した。23keVの高電子温度プラズマに電子サイクロトロン波電流駆動を行い、極めて高い電流駆動効率を達成した。JFT-2Mでは、真空容器内に低放射化フェライト鋼を全面に装着した後、内部輸送障壁を伴う閉じ込め改善により、bN=3.3に達する高ベータプラズマの生成に成功し、先進材料プラズマ適合性試験の見通しを得た。JT-60Uでは、2003年度の後半から、加熱時間を30秒へ伸長した実験を開始する。また、JFT-2Mでは2003年度の後半に、フェライト鋼壁がプラズマ安定性に及ぼす影響を調べる予定である。JT-60のコイルを超伝導化するJT-60定常高ベータ化計画は、トカマク国内重点化装置計画として科学技術・学術審議会で承認され、その詳細な検討を大学等との連携の下に進めている。

論文

Progress in physics and technology developments for the modification of JT-60

玉井 広史; 松川 誠; 栗田 源一; 林 伸彦; 浦田 一宏*; 三浦 友史; 木津 要; 土屋 勝彦; 森岡 篤彦; 工藤 祐介; et al.

Plasma Science and Technology, 6(1), p.2141 - 2150, 2004/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:92.85(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60定常高ベータ化計画(JT-60改修計画)の最重要課題は高ベータ,臨界クラスのパラメータを持つ高性能プラズマの100秒程度以上の維持を実証することである。このため、高ベータプラズマを達成するためのプラズマパラメータや運転シナリオ,制御手法の検討を行うとともに、超伝導磁場コイルの要素技術の開発を始め、放射線遮蔽や真空容器等の設計検討及び試験開発を行い、その成立性を確認した。本発表は、以上の物理・工学設計と試験開発の進捗状況を詳述する。

論文

Results and future plan of JT-60U towards steady-state tokamak reactor

櫻井 真治; JT-60チーム

Plasma Science and Technology, 6(1), p.2151 - 2158, 2004/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60ではITER及び定常トカマク炉の先進トカマク運転の物理的基盤を構築するため、高ベータ,高閉込め,高自発電流割合(完全非誘導電流駆動)及びダイバータによる熱粒子制御を同時に達成し、かつ、維持することを目的として豊富な加熱装置を駆使した研究を推進し、以下に述べる成果を得た。(1)規格化ベータ=2.7の7.4秒間維持。(2)1.8MAの完全非誘導電流駆動高$$beta$$pHモードプラズマの達成。(3)Arガス入射及び配位調整による高密度領域での閉込め改善とELM熱負荷の緩和。これらの達成には、負イオン源中性粒子ビーム入射装置(N-NBI)の高パワー入射(6.2MW$$times$$1.7秒),長パルス入射(2.6MW$$times$$10秒)及び110GHz電子サイクロトロン波入射装置による高パワー入射(2.8MW$$times$$3.6秒)が大きな役割を果たした。これらの結果をもとに、電流拡散時間と同程度の間、高ベータ高性能放電を維持することを目標として、加熱系及び制御系の改造を行い、本年12月よりNB加熱放電で30秒,高周波加熱放電で60秒の実験を開始する。将来的には、磁場コイルを超伝導化するとともに、プラズマのアスペクト比及び断面形状制御性等を高め、安定化板やセクターコイル等を利用して、高ベータプラズマを100秒またはそれ以上維持することを計画している。

論文

Stabilization effect of early ECCD on a neoclassical tearing mode in the JT-60U tokamak

長崎 百伸*; 諫山 明彦; 井手 俊介; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 43(10), p.L7 - L10, 2003/10

 被引用回数:46 パーセンタイル:18.32(Physics, Fluids & Plasmas)

高ベータトカマクプラズマにおいては自発電流により新古典テアリングモード(NTM)が発生する可能性がある。NTMは閉じ込め性能を劣化させるので、電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)により安定化する必要がある。これまで、JT-60UではNTMの成長が飽和した後に電子サイクロトロン(EC)波を入射し安定化を実証してきたが、今回、ECをNTM発生前に入射(「早期EC入射」と呼ぶ)したときのNTMの抑制効果を調べた。その結果、早期EC入射によりNTMの揺動レベルが抑えられることや、NTMを完全に抑制するために必要なECパワーが約20%低減できることが明らかになった。また、早期EC入射の場合でも、NTM抑制効果はEC入射角に強く依存することが明らかになった。

論文

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Chujo, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

原型炉の経済性と環境適合性のさらなる向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉と同様に強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御を持ち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。JT-60の既存設備を最大限活用し、新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現を目指し、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という重要課題に取り組むことができるよう設計を行った。

報告書

IAEA主催第19回核融合エネルギー会議概要報告; 2002年10月14日$$sim$$10月19日,リヨン,フランス

炉心プラズマ研究部炉心プラズマ計画室

JAERI-Review 2003-012, 41 Pages, 2003/03

JAERI-Review-2003-012.pdf:3.97MB

本報告書は、2002年10月14日から10月19日にかけてフランス、リヨンで開催されたIAEA主催第19回核融合エネルギー会議における発表論文の概要をまとめたものである。

報告書

JAERI contribution to the 19th IAEA Fusion Energy Conference; October 14-19, 2002, Lyon, France

炉心プラズマ研究部炉心プラズマ計画室

JAERI-Review 2003-011, 412 Pages, 2003/03

JAERI-Review-2003-011.pdf:41.6MB

この論文集は、2002年10月14日から10月19日にかけてフランス、リヨンで開催されたIAEA主催第19回核融合エネルギー会議において発表された原研の論文とその発表資料をまとめたものである。発表論文総数32編のうち、総合講演1編,口頭発表14編,ポスター発表が17編である。国内外の研究機関や大学との共同論文8編も合わせて収録した。

論文

トカマクプラズマにおける高ベータ化

鎌田 裕

プラズマ・核融合学会誌, 79(2), p.123 - 135, 2003/02

高ベータ定常化を目指す、トカマクのMHD安定性研究をレビューする。そこでは、プラズマ電流,圧力,回転の空間分布及びプラズマ形状の最適化が主要な役割を果たしている。また、対象とする重要な不安定性は、新古典テアリングモード,抵抗性壁モード,周辺局在化モード等である。経済性に優れた魅力的なトカマク炉を実証するためには、十分な総合性能を持つプラズマでベータ値を高める必要がある。そこでは、自律性の高いプラズマシステムの安定制御が本質的役割を持つ。

論文

JT-60の改修計画について

石田 真一; 松田 慎三郎

プラズマ・核融合学会誌, 76(6), p.601 - 603, 2000/06

JT-60では、プラズマ物理の研究開発の面で引き続きITER計画への貢献を図るため、JT-60のコイルを超伝導化し、高性能プラズマの定常運転制御などを可能とする「JT-60コイル改修計画」を平成13年度から開始できるよう検討している。ITERの運転・実験の効率化及び定常運転原型炉概念の基礎形成を図るため、JT-60の既設備を最大限に活用して、主要な研究課題として高性能プラズマ及び高ベータプラズマの定常運転制御、そしてダイバータ熱・粒子排気の長時間制御に取り組む。この本改修の目的は、第三段階核融合開発基本計画で定められた先進的・補完的研究開発として位置付けられる。本稿は、JT-60の展望として、改修計画の概要並びにこれまでの検討の進捗等について述べたものである。

論文

Long sustainment of JT-60U plasmas with high integrated performance

鎌田 裕; 諫山 明彦; 及川 聡洋; 坂本 宜照; 細金 延幸; 竹永 秀信; 草間 義紀; 藤田 隆明; 竹治 智; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1845 - 1853, 1999/11

 被引用回数:66 パーセンタイル:11.67(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60で行った、高閉じ込め・高安定性プラズマの長時間維持の効果を報告する。プラズマ内部及び周辺部に、2重の輸送障壁を持つ高ポロイダルベータHモードを、ELMのある状態で維持し、以下の結果を得た。(1)DT等価エネルギー増倍率0.1を9秒間、0.16を4.5秒間、高閉じ込め(改善度約2)で維持した。(2)低安全係数(約3)であっても、高い規格化ベータ値2.5-2.7を3.5秒間維持した。(3)閉じ込め改善度X規格化ベータ値は、三角度の上昇で改善される。(4)周辺部の閉じ込め改善を担う、ペデスタル構造の時間発展を詳細に研究し、ELMのある状態でのペデスタル巾が、イオンのポロイダルラーマー半径とともに広がることを見い出した。(5)そのような、ペデスタル部の圧力勾配は、三角度の上昇で改善され、それがプラズマ性能の上昇の原因となっている。

論文

ELMy H-mode with high $$beta$$$$_{N}$$ and high $$beta$$$$_{p}$$ in JT-60U

鎌田 裕; 牛草 健吉; 内藤 磨; 閨谷 譲; 石田 真一; 藤田 隆明; 芳野 隆治; 菊池 満; 森 雅博; 二宮 博正

Plasma Physics and Controlled Fusion, 36, p.A123 - A128, 1994/00

 被引用回数:30 パーセンタイル:28.37(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60UにおけるELMのあるHモードの報告を行う。特に、プラズマ電流分布、圧力分布、安全係数の制御により、ELMのある準定常Hモードにおいて、ポロイダルベータ値~3,規格化ベータ値~3,閉じ込め改善度(Hファクター)~2を維持することに成功した。また、この時、中性粒子入射電流駆動と、ブートストラップ電流の複合による完全電流駆動を達成した。

論文

Advanced tokamak program in Japan

二宮 博正

Tokamak Concept Improvement,ISPP-16, 0, p.305 - 324, 1994/00

SSTR等のコンパクトで効率的な定常トカマク核融合炉の概念の科学的実証を目指してJT-60で進めている、閉じ込め改善、高ベータ、高ブートストラップ電流割合の完全電流駆動及びダイバータ部の熱・粒子制御の結果と今後の計画について報告する。併せて、JFT-2MとTRIAM-1Mにおけるトカマク概念改善に関する結果と計画を紹介する。また、核融合炉に近いプラズマパラメータ領域でトカマクの定常化研究を行うために検討を進めている、定常炉心試験装置(JT-60SU)の研究目的、装置概要、予想されるプラズマ性能等についても報告する。

論文

Confinement and divertor studies in Japan Tokamak JT-60U

細金 延幸

Phys. Fluids B, 5(7), p.2412 - 2419, 1993/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:62.67(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおける、Hモードと高ベータ・ポロイダルプラズマの特性について、電流分布、圧力分布、鋸歯状振動との関連において示す。閉じ込め改善において得られた主要パラメータは、T$$_{i}$$(0)=38keV、n$$_{d}$$(0)T$$_{i}$$(0)$$tau$$$$_{E}$$~4.4$$times$$10$$^{20}$$cm$$^{-3}$$sec keV、H係数(=$$tau$$$$_{E}$$/$$tau$$$$_{EITER89P}$$ $$^{L}$$ $$^{mode}$$)は3であった。Hモードにおいては、B$$_{T}$$=4.2Tにおいてn$$_{d}$$(0)T$$_{i}$$(0)$$tau$$$$_{E}$$~2.5$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$sec keVを得た。高安全係数の利点が、運転領域とダイバータの研究において得られた。すなわち、高いn$$_{e}$$実効安全係数は、ダイバータ板への熱流束の低減と、粒子リサイクリングの低減に有効である。

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