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論文

Neural-net predictor for beta limit disruptions in JT-60U

芳野 隆治

Nuclear Fusion, 45(11), p.1232 - 1246, 2005/11

 被引用回数:35 パーセンタイル:73.97(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクプラズマにおいてベータ限界時に発生するディスラプションを予測するニューラルネットワークをJT-60Uのデータを用いて開発した。ベータ限界ディスラプションでは数10ms前に予兆現象を観測できないので、まず、2msごとに規格化ベータの限界値を出力するサブネットワークを開発した。第一段階ではこの限界値の目標値を適当に与えて訓練し、第二段階では第一段階の訓練で得た出力を用いて限界値の目標値を調整し訓練した。これにより安定放電に対する誤り警報の発生率を大きく低減した。誤り警報の発生率をさらに低減するために、上記訓練で得たネットワークから出力する規格化ベータ限界値と実際の規格化ベータ値との差をほかの11種類のデータとともに主ネットワークに入力し、プラズマの安定度を出力するようにした。この安定度がある警報レベルより低下するとディスラプションの発生を予測する。この結果、ディスラプション発生の10ms前に、80%の予測成功率を4%の誤り警報で得られることを示した。80%は、誤り警報発生率4%における従来の予測成功率10%に比べて格段の性能向上である。さらに90%の予測成功率を誤り警報の発生率12%で得られることを示した。この12%は、従来得られていた誤り警報発生率の約半分である。

論文

Steady-state operation scenarios with a central current hole for JT-60SC

玉井 広史; 石田 真一; 栗田 源一; 白井 浩; 土屋 勝彦; 櫻井 真治; 松川 誠; 逆井 章

Fusion Science and Technology, 45(4), p.521 - 528, 2004/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

非定常1.5次元プラズマ輸送解析コード(TOPICS)を用いて、JT-60を超伝導化する改修装置(JT-60SC)における中心電流ホールつき非誘導電流駆動プラズマの時間発展を模擬した。JT-60Uの負磁気シア配位における実験結果から導かれた熱・粒子輸送係数を磁気シアの函数として与えて解析し、プラズマ電流1.5MA,トロイダル磁場2T,95%の磁気面における安全係数(q$$_{95}$$)4.5で閉じ込め改善度(HH$$_{y2}$$)が約1.4,規格化ベータ値($$beta$$$$_{N}$$)が3.7,自発電流割合が約75%の非誘導完全電流駆動プラズマにおいて電流ホールが小半径の約30%の領域まで達したプラズマを、約60秒と、ほぼ定常に維持できることを示した。また、電流ホールつき定常プラズマを得るには、自発電流及び内部輸送障壁の形成領域と電流ホールの位置関係が重要であることが示唆されている。得られたプラズマ分布をもとにMHD解析コード(ERATO-J)によってプラズマの安定性を評価した結果、導体壁をプラズマ近傍に設置することにより$$beta$$$$_{N}$$の限界が4.5まで上昇することが示された。

論文

Neural-net disruption predictor in JT-60U

芳野 隆治

Nuclear Fusion, 43(12), p.1771 - 1786, 2003/12

 被引用回数:41 パーセンタイル:76.91(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60のデータを用いてニューラルネットによるディスラプション予測の研究を行った。「プラズマ安定度」という新しい基準を導入し、かつ従来の方法とは異なる2段階でニューラルネットを教育する新しい方式を開発した。これにより、密度限界,プラズマ電流低減時の高内部インダクタンス,低密度ロックドモードによって発生するディスラプションについて、30ms以前に約90%の予測成功率を約2%の予測失敗率のもとで得ることができた。「プラズマ安定度」を導入したことにより、初めて、各予測時点における予測成功率を評価し、予測成功率と予測失敗率との関係を明らかにした。この結果として、ディスラプション予測の高精度化への道を拓いた。

論文

Ferromagnetic and resistive wall effects on the beta limit in a Tokamak

栗田 源一; 津田 孝; 安積 正史; 石田 真一; 竹治 智*; 逆井 章; 松川 誠; 小関 隆久; 菊池 満

Nuclear Fusion, 43(9), p.949 - 954, 2003/09

 被引用回数:28 パーセンタイル:66.45(Physics, Fluids & Plasmas)

原型炉の開発における二つの重要な課題は高ベータ化と低放射化材料の開発である。後者の低放射化材料の開発に関しては、現在低放射化フェライト鋼が最有力候補であると考えられているが、強磁性体であるためMHD不安定性による摂動磁場を吸い込むことによってMHD安定性を劣化させ前者のベータ限界を下げる可能性がある。ここでは、フェライト鋼(強磁性体)壁の効果を含んだMHD安定性解析を行うことによって限界ベータに対する強磁性体壁の影響を調べた。

報告書

配管内部汚染分布測定装置の開発(受託研究)

伊藤 博邦*; 畠山 睦夫*; 立花 光夫; 柳原 敏

JAERI-Tech 2003-012, 34 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-012.pdf:2.87MB

配管内面の低レベル放射能汚染を測定するため、配管内部を検出器が移動する配管内部汚染分布測定装置(Measuring Device for Inner Surfaces of Embedded Piping: MISE)を開発した。MISEは、円筒型2層構造の検出器と配管移動ロボットから構成され、各々独立した装置として製作したものである。放射能汚染の測定においては、配管表面に近い外側の円筒状検出器で$$beta$$線と$$gamma$$線を測定し、内側の円筒状検出器では2つの検出器間に配置した遮へい板により$$beta$$線を遮蔽し、$$gamma$$線のみを測定する。$$beta$$線計数率は、外側の円筒状検出器での$$beta$$線と$$gamma$$線計数率の和から内側の円筒状検出器での$$gamma$$線計数率を差し引くことにより導き出される。配管移動ロボットは、配管内部を観察しながら円筒型2層構造の検出器を運ぶことができる。$$^{60}$$Coに対する検出限界値は、30秒の測定時間で約0.17Bq/cm$$^{2}$$であることがわかった。$$^{60}$$Coのクリアランスレベル(0.4Bq/g)に相当する0.2Bq/cm$$^{2}$$の場合、2秒の測定時間で配管内面の放射能汚染を54m/hの測定効率で評価可能である。

論文

Magnetohydrodynamic stability of improved confinement plasmas in JT-60U

竹治 智; 諫山 明彦; 小関 隆久; 徳田 伸二; 石井 康友; 及川 聡洋; 石田 真一; 鎌田 裕; 閨谷 譲; 芳野 隆治; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.278 - 297, 2002/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:9.09(Nuclear Science & Technology)

トカマクプラズマの高圧力定常運転の実現への寄与を念頭に、高ポロイダルベータモード,負磁気シアモード等JT-60Uにおける閉じ込め改善トカマク放電における磁気流体力学的(MHD)安定性の研究成果を総括した。閉じ込め改善プラズマを特徴付ける周辺部及び内部輸送障壁は、それらが形成する大きな圧力勾配とそれに伴うブートストラップ電流により、局所的あるいは広域的MHD安定性に重要な影響を及ぼす。まず、閉じ込め改善放電の広域的安定性限界は、低n(トロイダルモード数)キンクモードで規定され、プラズマ圧力分布の尖鋭度の低減,プラズマ形状の高三角度化及び導体壁の近接により安定性限界を改善できる。局所的安定性では、周辺部輸送障壁にかかわる周辺部局在モード(ELM),内部輸送障壁にかかわる内部輸送障壁局在モード(BLM),抵抗性交換型モードについてその発生機構等を明らかにした。さらに、高圧力プラズマの長時間維持において問題となる、新古典テアリングモード(NTM),抵抗性導体壁モード(RWM)のMHD特性とその安定化について議論した。

論文

Ideal/resistive modes analysis in reversed shear configuration plasmas

津田 孝; 石井 康友; 栗田 源一; 徳田 伸二; 小関 隆久; S.Hudson*; 岸本 泰明

Chinese Physics Letters, 362, p.83 - 84, 1999/09

トカマクの逆シア配位では、高い閉じ込め性能が得られるが、非常に高い磁気流体現象で破壊されている。JT-60U装置の逆シアプラズマで観測されるプラズマ崩壊のベータ限界値の上限は、理想MHD安定性解析の結果と良く一致する。そこで本研究では、逆シア配位で生じる理想MHD不安定性の性質を調べ、ベータ限界値向上の可能性を調べた。さらに、逆シア配位では等しい安全係数値を持つ2つの共鳴面が近接するために、ダブルティアリングモードが不安定になる可能性がある。この不安定性はティアリングモードに比べて成長率が多く、また、外側共鳴面より内側の領域で安全係数分布の平坦化が起こるため、プラズマ崩壊を引き起こす可能性がある。そこで本研究では、計算機シミュレーションによりダブルティアリングモードの非線形発展の様子を調べた。

論文

ITER physics basis, 3; MHD stability, disruptional limits and disruptions

ディスラプション・プラズマ制御・MHDグループ

Nuclear Fusion, 39(12), p.2251 - 2389, 1999/00

ITERの設計建設のために必要なトカマクプラズマのMHD安定性、ディスラプション特性、運転限界についての物理基準を示した。日、米、露、欧の4極の専門家グループを中心に世界中のITER物理R&Dの成果をレビューした。MHD安定性では、理想MHD、壁による安定化効果、抵抗性壁モード、鋸歯状振動、新古典ティアリングモード、エラー磁場不安定性、ELM等についての特性を示した。ディスラプションでは、熱消滅、プラズマ電流消滅、垂直位置移動現象(VDE)、ハロー電流、逃走電子、ディスラプション頻度の各特性をレビューし、ITERの設計基準に反映した。運転限界では、密度限界、$$beta$$値限界等についてレビューし、炉心プラズマとして安定な性能が得られる領域を示した。

報告書

Stability analysis of ITER plasmas with H-mode profiles

徳田 伸二; 小関 隆久

JAERI-Research 94-030, 13 Pages, 1994/11

JAERI-Research-94-030.pdf:0.62MB

ITER TAC4 H-モード分布の持つ理想MHD安定性の性質を調べた。主として、電流分布の変化が高-nバルーニング・モードおよびn=1モードの安定性に与える影響を解析した(n:トロイダル・モード数)。電流分布の変化は磁気軸上の安全係数の変化で特徴づけられ、このとき、全プラズマ電流は一定値に保たれる。このような変化に対して、高-nバルーニング・モードのベータ値限界はg$$_{T}$$=3.3の値を保つ(g$$_{T}$$:Troyon係数)。不安定なn=1モードは、q$$_{O}$$$$>$$1.0の場合、プラズマ周辺に強く局在し、そのベータ値限界はg$$_{T}$$=3.7である。q$$_{O}$$$$<$$0.9の場合、n=1モードの安定性は内部キンク・モードで決まり、q$$_{O}$$=0.8でベータ値限界はg$$_{T}$$=2.4に減少する。この安定性解析によってq$$_{O}$$を0.9以上に保ち、かつ、プラズマ周辺の電流分布を固定すればg$$_{T}$$=3.0のH-モード分布が実現されることが示された。

論文

Operational scenarios to avoid disruptions in JT-60U

芳野 隆治; 閨谷 譲; 伊世井 宣明; 松川 誠; 細金 延幸

プラズマ・核融合学会誌, 70(10), p.1081 - 1101, 1994/10

JT-60Uで観測されるディスラプションは、その原因により6つのタイプに分類できる。それらは、密度限界、誤差磁場、$$beta$$$$_{P}$$崩壊、低l$$_{i}$$、高l$$_{i}$$、垂直位置不安定性である。本論文では、これらのディスラプションの原因について解明するとともに、それらを回避する運転シナリオについて示している。これらの回避法は、JT-60Uで開発されたものであり、トカマク型核融合炉に対しても有効であると考えられる。さらに、ディスラプションの研究において得られた新しい知見についても示している。

報告書

Stability analysis of external kink mode for ITER L-mode profile plasmas

徳田 伸二; 小関 隆久

JAERI-Research 94-013, 16 Pages, 1994/09

JAERI-Research-94-013.pdf:0.66MB

ITERにおいて予想されるLモード分布のn=1外部キンクモードに対する安定性解析を行った(n:トロイダルモード数)。Lモード分布が想定した電流分布をもつ場合では、プラズマ周辺部で小さいが有限の電流があっても、キンクモードのベータ値限界(g$$_{T}$$)は設計値g$$_{T}$$=2.0~2.4より十分に高い。しかしながら、q$$_{O}$$が1より小さい場合、キンクモードのベータ値限界はかなり減少する(q$$_{O}$$:磁気軸での安全係数)。たとえば、q$$_{O}$$=0.8で導体壁のない場合、g$$_{T}$$は1である。中心面近くに置かれた導体壁にはヌル点近くに置かれた導体壁よりも強い安定化効果がある。

論文

Observation of a fast beta collapse during high poloidal-beta discharges in JT-60

石田 真一; 小出 芳彦; 小関 隆久; 菊池 満; 辻 俊二; 白井 浩; 内藤 磨; 安積 正史

Physical Review Letters, 68(10), p.1531 - 1534, 1992/03

 被引用回数:53 パーセンタイル:87.58(Physics, Multidisciplinary)

大型トカマクにおいて、プラズマ電流の~80%に達するブートストラップ電流を含む放電で発生するベータ限界現象について述べられている。ここで、ベータは、プラズマ圧力の磁場圧力に対する比で定義される。その現象は、JT-60トカマクでの長パルス中性粒子入射加熱時において、トロヨン限界よりも十分に低いある規格化ベータを越えた高ポロイダルベータ放電($$beta$$$$_{p}$$~3)で発生した。そのMHD特性は、ごく短い時間スケールの間に起こる大振幅の部分的MHD緩和現象によって特徴付けられる。高ポロイダルベータ放電での凹状電流分布の形成が、そのMHD不安定性を引き起こすために本質的な役割を果たしており、解析結果によれば、ベータ限界現象の発生直前には、理想的n=1キンク・バルーニングモードが不安定になることが明らかになった。

報告書

Operational limits and disruptions in tokamaks; Status and application to ITER

常松 俊秀; J.Hogan*; K.Borrass*; F.Engelmann*; ITER物理グループ

JAERI-M 89-056, 47 Pages, 1989/05

JAERI-M-89-056.pdf:1.25MB

本報告書は、ITER共同作業定義段階において検討されたトカマクのベータ値限界、密度限界、ディスラプションに関するデータ評価の詳細をまとめたもので、同時にこれらのデータに基づいた設計へのガイドラインについても記述している。

論文

MHD stability analysis of tokamak plasmas with non ohmic currents

徳田 伸二; 山極 満; 常松 俊秀; 竹田 辰興

Int. Conf. on Plasma Physics, p.925 - 928, 1989/00

新古典効果(新古典抵抗およびブートストラップ電流)を無矛盾にとり入れたトカマク・プラズマの理想MHD安定性を解析する。この時、核融合の出力パワーを確保するためにITER計画で採用されたピークした密度・温度分布をもつ平衡を考え、そのような平衡に対する高-nバルーニング・モードおよび低-nモードに対するベータ値限界を解析する(n:トロイダル・モード数)。また粒子ビームによる電流駆動の解析モデルを平衡コードに取り入れて電流分布制御によるベータ値限界の改善についても調べる。

報告書

Vectorization of MHD Equilibrium and Stability Codes

根本 俊行; 常松 俊秀

JAERI-M 87-062, 36 Pages, 1987/04

JAERI-M-87-062.pdf:0.79MB

MHD平衡コード(SELENE)および安定性解析コード(ERATO-J)は、トカマクプラズマにおける理想MHDベ-タ限界の解析に良く使用されており、実験デ-タの解析及び次期核融合実験装置の設計においては、大量の計算がされるため、コードの高速化が必要とされている。このレポ-トでは、これらのコードの基礎方程式、数値解法及びベクトル化の手法について述べる。このコードのベクトル化版は、富士通VP-100において、オリジナル版の3~4倍の計算時間の高速化を達成した。

報告書

Data set for Benchmark Calculation on Ideal MHD Beta Limit of INTOR Plasma

常松 俊秀; 徳田 伸二; 根本 俊行; 安積 正史; 竹田 辰興

JAERI-M 86-172, 54 Pages, 1986/10

JAERI-M-86-172.pdf:0.8MB

本報告は、理想MHD安定性から決まるトカマク・プラズマのベータ値限界計算のためのベンチマーク・データセットをまとめたものである。このデータセットはINTOR等国際核融合研究協力において有効に利用されている。各国提示結果の詳細な比較の為に、計算の基礎方程式数値計算法も併せて述べる。

報告書

Characteristics of Pellet and Neutral-Beam Injected Single Null Divertor Discharges of the JFT-2M Tokamak

三浦 幸俊; 河西 敏; 仙石 盛夫; 長谷川 浩一; 鈴木 紀男; 長谷川 満*; 星野 克道; 川島 寿人; 河上 知秀; 的場 徹; et al.

JAERI-M 86-148, 18 Pages, 1986/09

JAERI-M-86-148.pdf:0.57MB

NBI加熱されたシングルヌルダイバータ放電において、高効率閉じ込めモード(Hモード)に遷移する前にペレットを入射した場合、ペレットによる密度上昇の大小によって3種類の特徴を持つ放電に分類する事ができる。その中の1つは、時間的に変化している状態では有るが、非常に良い閉じ込め特性を示し、エネルギ-閉じ込め時間は、ジュ-ル加熱時に得られるこのプラズマ形状での最高値を越え70$$sim$$80msecに達する。この時トロイダルベ-タ値は1.8%になっており $$beta$$-limit近くにあると考えられる。($$<$$$$beta$$t$$>$$~1.8% at Bt~1.2T, a~0.25m, Ip~0.22MA and q$$psi$$~2.5)

報告書

Evaluation of Fusion Power Multiplication Factor

新倉 節夫*; 永見 正幸; 平山 俊雄

JAERI-M 86-089, 46 Pages, 1986/06

JAERI-M-86-089.pdf:0.89MB

核融合出力倍増率Qを、プラズマ温度・プラズマ密度の空間分布を最近のトカマク実験の結果を反映した分布形を用いて評価した。入力デ-タは、Ne,$$tau$$$$_{E}$$,NBIパワ-,ビ-ムエネルギ,RFパワ-および不純物量である。代表的な計算例として、JT-60へ適用し、Qが大きい値を取る運転領域を探った。JT-60の臨界条件に必要なn$$tau$$Tは、100KeVのNBIによるTCT効果を考慮すると、2.7$$times$$10$$^{2}$$$$^{3}$$(sec・Ev・m$$^{-}$$$$^{3}$$)である。また、Ip=2MA放電では、NBI100KeVで、$$tau$$$$_{E}$$$$<$$0.55secならば、Troyon $$beta$$-limitが、臨界条件達成の重要な因子と成る。一方、ビ-ム・プラズマ反応の促進、プラズマ温度・プラズマ密度のピ-クした分布の形式、不純物量の低減などにより、臨界条件に必要なn$$tau$$Tは小さくなる。200KeVのNBIによるTCT効果を考慮すると、n$$tau$$Tは、2.0$$times$$10$$^{2}$$$$^{3}$$(sec・eV・m$$^{-}$$$$^{3}$$)となる。

報告書

Japanese Contributions to IAEA INTOR Workshop,Phase Two A,Part 2 Chapter VIII:Physics

竹田 辰興; 荘司 昭朗; 山本 新; 鈴木 紀男; 滝塚 知典; 溝口 忠憲*; 永見 正幸; 川端 一男*; 杉原 正芳; 藤沢 登

JAERI-M 85-080, 70 Pages, 1985/07

JAERI-M-85-080.pdf:2.42MB

この報告書はIAEA主催のINTORワークショップ、フェーズIIA、パー卜2の日本のナショナルレポートの第VIII章に相当するものである。安定限界、閉込め、中性粒子入射加熱と電流駆動、運転シナリオ、燃焼プラズマに関するデータベースの評価を行なった。R&DプログラムとINTOR設計へのインパクトについても考察した。

報告書

Beta-Limit of a Large Tokamak with a Circular Cross Section

常松 俊秀; 竹田 辰興; 栗田 源一; 安積 正史; 松浦 俊彦*; R.Gruber*; F.Troyon*

JAERI-M 9890, 16 Pages, 1982/01

JAERI-M-9890.pdf:0.37MB

円形断面卜カマクのn=1、2キンク・モードに対する導体壁の安定化効果のポロイダル・べータ値($$beta$$$$_{p}$$)依存性をERATOコードを使って調べた。N=1モードは、導体壁の半径がプラズマ半径の1.1倍($$beta$$$$_{p}$$=1.8の時)ないし1.2倍($$beta$$$$_{p}$$=1.0の時)程度で完全に安定化される。N=2モードは導体壁が十分プラズマ表面に近くないと安定化されないが、安定化効果は$$beta$$$$_{p}$$が大きい程著しい。本報告書で用いた平衡状態では$$beta$$の限界が2%であったが、JT-60のように導体がプラズマ表面に近い場合には、キンク・モードに対して安定なより高いベータの平衡が期待できる。

報告書

短波長電磁バルーニング不安定性

伊藤 公孝; 伊藤 早苗*; 徳田 伸二; 津田 孝

JAERI-M 9793, 40 Pages, 1981/11

JAERI-M-9793.pdf:0.98MB

トロイダルプラズマの電磁低周波不安定性が無衝突極限に於て粒子運動論的方法により解析された。高nバルーニングモードが特定され、MHD近似と比較された。このモードは、MHD理論の予言する不安定領域だけでなく、すべてのパラメータで不安定になり、成長率のドリフト周波数程度である不安定性であることが発見された。従来から知られていたドリフト波やドリフト・アルフベン波も同時に確認されたが、これ等は安定である。いわゆる「$$beta$$値限界」はトカマクでは存在しない。

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