Energy loss for grassy ELMs and effects of plasma rotation on the ELM characteristics in JT-60U

大山 直幸; 坂本 宜照; 諫山 明彦; 武智 学; Gohil, P.*; Lao, L. L.*; Snyder, P. B.*; 藤田 隆明; 井手 俊介; 鎌田 裕; et al.

Nuclear Fusion, 45(8), p.871 - 881, 2005/08

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/8/014

grassy ELMは、type I ELMの約15倍早い、数kHzになる周期的な崩壊により特徴付けられる。ダイバータ板への熱流速はtype I ELMの10%程度であり、熱流速が小さい理由はELMによる崩壊領域が狭いためであることがわかった。このType I ELMとgrassy ELMにおける崩壊領域の違いは理想MHD安定性の計算と定性的に矛盾しない。また、grassy ELMにより失われるエネルギーはペデスタル部に蓄えられているエネルギーの0.4-1%である。高三角度領域においてプラズマ電流と逆方向のトロイダル回転を増加させると、type I ELMから周波数の高いgrassy ELMへと変化することがわかった。一方、低三角度領域では、プラズマ位置を最適化しつつ、プラズマ電流と逆方向のトロイダル回転を増加させることによりELMを安定化すること(QH-mode)ができた。プラズマ周辺部に局在化した揺動がペデスタル圧力を減少することによりQH-modeが3.4秒間にわたり維持できていると思われる。

Asymmetry of collapse of density pedestal by type I ELM on JT-60U

大山 直幸; 三浦 幸俊; Chankin, A. V.; 竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 鎌田 裕; 及川 聡洋; 篠原 孝司; 竹治 智

Nuclear Fusion, 43(10), p.1250 - 1257, 2003/10

https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/10/028

反射計によるtype I ELMの詳細測定の結果、ELMによる密度ペデスタルの崩壊はプラズマの弱磁場側に局在化していることが予想された。そこで、反射計とFIR干渉計を用いてプラズマの弱磁場側と強磁場側の同時密度計測を行い、ポロイダル非対称性を確認する実験を行った。反射計の位相変化から評価した弱磁場側反射層の変位は約5cmであった。この変位に対応する強磁場側干渉計の密度変化を評価したところと見積もられたが、実際の観測では強磁場側における密度変化は観測されていない。つまり、ELMによる密度ペデスタルの崩壊は弱磁場側に局在化していることを示している。また、ELMに伴う周辺部密度増加の詳細を調べるため、プラズマを水平方向に動かした時の密度変化を測定した。その結果、強磁場側ではELMによる密度の吐き出しは観測されない、つまり強磁場側の密度ペデスタルは壊れていないことを確認するとともに、周辺部干渉計で観測された線積分密度の増加はスクレイプオフ層とペデスタル部における密度増加が支配的であることを明らかにした。

Gyro-kinetic particle simulation of m=1 internal kink mode in the presence of density gradient

松本 太郎; 徳田 伸二; 岸本 泰明; 滝塚 知典; 内藤 裕志*

プラズマ・核融合学会誌, 75(10), P. 1194, 1999/10

https://doi.org/10.1585/jspf.75.1188

プラズマにおける鋸歯状振動の内部崩壊現象の非線形的な振る舞いを解明するために、ジャイロ運動論的粒子モデルに密度勾配の効果を考慮し、円柱プラズマにおける運動論的m=1内部キンクモードのシミュレーションを行った。一様密度の場合の成長率よりも小さい反磁性周波数を与える密度勾配は、このモードの線形成長課程に及ぼす影響は小さく、プラズマは完全磁気再結合を伴って内部崩壊することが示された。しかし、再結合後に自己生成する径電場のために、非線形課程が大きく変化することが明らかになった、これは、一様密度の場合に得られたトロイダル電場の対照的な流れは、非一様密度の場合は密度勾配によって生じる径電場により対称性が破られることが原因と考えられる。この結果、電流の再集中が阻害され、二次的な磁力線再結合が抑制されることが明らかになった。本発表では、数値トカマク研究におけるこれらの成果を報告する。

Ideal magnetohydrodynamic instabilities with low toroidal mode numbers localized near an internal transport barrier in high-p mode plasmas in the Japan Atomic Energy Research Institute Tokamak-60 upgrade

竹治 智; 鎌田 裕; 小関 隆久; 石田 真一; 滝塚 知典; 閨谷 譲; 徳田 伸二

Physics of Plasmas, 4(12), p.4283 - 4291, 1997/12

https://doi.org/10.1063/1.872591

高ポロイダルベータ(p)モードは、内部輸送障壁に起因する閉じ込め改善モードである。内部輸送障壁は、その内側の閉込め特性を著しく改善する一方で、その近傍で強い圧力勾配を形成するために、局所的な不安定性の原因となることが分かってきた。このことは、プラズマ内部の局所的な圧力・電流分布がプラズマ安定性に極めて重要であることを示している。本論文では、内部輸送障壁近傍に局在する不安定性(BLM)の実験解析・数値解析を行い、その発生機構の解明を試みた。実験解析の結果は、BLMが局在した理想低トロイダル数(n)キンクモードであることを示唆した。MHD安定性数値解析の結果、内部輸送障壁による局所的な圧力勾配とそれに伴うブートストラップ電流の効果により、内部輸送障壁近傍に局在する理想低nキンクモードが存在し得ることを発見した。これらにより、BLMを同定しその発生機構を解明した。

-collapse-induced vertical displacement event in high tokamak disruption

中村 幸治; 芳野 隆治; N.Pomphrey*; S.C.Jardin*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 38(10), p.1791 - 1804, 1996/10

https://doi.org/10.1088/0741-3335/38/10/007

抵抗性シェルを有する、縦長断面、高ベータトカマクにおいて、強いベータ崩壊が発生すると極めて速い垂直移動現象(VDE)が生じることをトカマクシミュレーションコードを用いた計算機シミュレーションを通じて示した。低ベータトカマクにおけるVDEの主因であるプラズマ電流崩壊が観測されなかったにもかかわらず、観測されたVDEの成長率(~655sec)は通常の位置不安定性の成長率(~149sec)のおおよそ5倍であった。本VDE発生の基本機構として、安定指数nの減少に加えて、さらにn指数が突然大きく悪化するために位置不安定性が大きく不安定化するためであることを明らかにした。シェルの幾何学的配置がVDE挙動を特徴付けること、VDEの成長率がベータ崩壊の規模および崩壊が起こる前のn指数に強く依存することを示した。

蒸気爆発進展過程における膜沸騰の崩壊挙動に関する研究

八木 理公; 阿部 豊*; 安達 公道*; 小林 朋能*; 山野 憲洋; 杉本 純

JAERI-Research 96-032, 152 Pages, 1996/06

JAERI-Research-96-032.pdf:4.05MB

熱的デトネーションモデルに基づく蒸気爆発進展過程の予備的シミュレーションを行った結果、膜沸騰を崩壊させるために必要となる蒸気爆発素過程の移行条件としての圧力条件が蒸気爆発発生の有無に極めて重大な影響を及ぼすことを明らかにした。そこで、高温の炭素鋼球またはステンレス鋼球表面上に膜沸騰を形成させ、圧力波による強制的な膜沸騰の崩壊挙動を観察し、膜沸騰崩壊条件に関する基礎的な実験を実施した。特にステンレス鋼球の実験の場合、鋼球表面温度は圧力波の通過により急激に降下し、圧力波が通過した直後の鋼球の表面温度変化から、膜沸騰の崩壊挙動が膜沸騰の非崩壊、崩壊、崩壊後再発生の3パターンに分類できることを確認した。また、本実験条件の範囲においては膜沸騰の崩壊させるのに必要となる圧力が鋼球の初期温度に強く依存することを確認した。

MHD behavior in high- and high- discharges in JT-60U

閨谷 譲; 鎌田 裕; 小関 隆久; 石田 真一

Plasma Physics and Controlled Fusion, 37(7), p.741 - 753, 1995/07

https://doi.org/10.1088/0741-3335/37/7/004

JT-60の高ポロイダルベータ及び高規格化ベータ領域の磁場揺動を調べた。高ポロイダルベータ放電では、高い核融合積を得るために、中心ピークした圧力分布を形成した。プラズマパラメータは、I=1.1~2.2MA、B=4.4T、li=0.8~1.2である。この領域では、プラズマの最大ベータ値はベータ崩壊によって制限されている。ベータ崩壊直前には、理想MHDモードと思われる速い成長率(成長時間~10s)のモードが観測され、このモードがベータ崩壊に直接関連していると思われる。高規格化ベータの放電では、一様加熱となるように、プラズマの配位・加熱ビームの選択を行い、比較的平坦な圧力分布を実現した。パラメータはI=0.4~0.9MA、B=1.5T、li=1.3~1.6である。この領域ではベータ崩壊は発生せず、ベータ値はプラズマの外側に極在した圧力駆動タイプのMHDモードで制限される。

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

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003825883

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、崩壊、低l、高l、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。

Enhanced confinement of high bootstrap current discharges in JT-60U

石田 真一; 松岡 守; 菊池 満; 辻 俊二; 西谷 健夫; 小出 芳彦; 小関 隆久; 藤田 隆明; 中村 博雄; 細金 延幸; et al.

Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1992, Vol.1, p.219 - 233, 1993/00

JT-60Uにおいて、高アスペクト比の高磁場非円形ダイバータ配位を用いて、高実験を行った。その結果、Lモードスケーリングの3倍の閉じ込め改善度をもつ良好な閉じ込め改善領域を見い出した。炉心級の高温プラズマ(Ti~32keV)、高い核融合積(n(0)Ti(0)~410m・s・keV)が得られ、中性子発生率210n/sに対するDT換算の等価核融合増倍率は、Q~0.3に達した。閉じ込め改善特性には、パワー依存性があり、電流分布のピーキングは、得られる値を向上させる効果がある。また、 collapse現象は、閉じ込め改善モードの保持を妨げ、高領域の限界を低下させることがわかった。1.5次元輸送解析の結果は、~2.1の高放電において、約0.7MAのブートストラップ電流が流されていることを示している。

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

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.1531

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(~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。