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論文

Heating, current drive, and advanced plasma control in JFT-2M

星野 克道; 山本 巧; 玉井 広史; 大麻 和美; 川島 寿人; 三浦 幸俊; 小川 俊英; 荘司 昭朗*; 柴田 孝俊; 菊池 一夫; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.139 - 167, 2006/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.04(Nuclear Science & Technology)

JFT-2Mで開発されたさまざまな加熱電流駆動装置や外部コイルやダイバーターバイアス装置により得られた成果を先進能動的トカマクプラズマ制御の観点からレビューする。各装置の設計などについても特徴を述べる。この分野でのJFT-2Mの貢献についてまとめる。

論文

Design study of national centralized tokamak facility for the demonstration of steady state high-$$beta$$ plasma operation

玉井 広史; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; 細金 延幸; 市村 真*; et al.

Nuclear Fusion, 45(12), p.1676 - 1683, 2005/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:50.34(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク国内重点化装置の設計研究をまとめた。装置の設計は、プラズマのアスペクト比と形状制御性に関して自由度を広く確保できることが求められている。これは、ITERと平行して研究を進めるとともに、定常高ベータプラズマ運転についての科学的なデータベースをDEMOへ提供する観点から重要である。この目標に合致するように、プラズマのアスペクト比と形状の自由度の確保について、これまで比較的困難であったダイバータ排気性能との両立が図られるように装置設計を行った。この装置設計に基づいて、閉じ込め,安定性,電流駆動,ダイバータプラズマ等の物理性能を評価し、主目的である定常高ベータプラズマを実現するための制御方法を検討した。

論文

Performance of the LH antenna with carbon grill in JT-60U

関 正美; 森山 伸一; 篠崎 信一; 長谷川 浩一; 平内 慎一; 横倉 賢治; 下野 貢; 寺門 正之; 藤井 常幸

Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.273 - 277, 2005/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:73.31(Nuclear Science & Technology)

LHアンテナはJT-60Uでの電流駆動実験等に対して貢献してきたが、LHアンテナ開口部は熱負荷でダメージを受け、入射パワーは年々低下してきた。入射パワーを回復するために、世界的にも初めての試みとなるLHアンテナ開口部に炭素製グリルを取付ける改造をした。炭素材は高耐熱性を持ち、かつプラズマの閉じ込め性能劣化させない低Z材である。炭素製グリルは、ベースフレームと高周波接触子それに炭素製先端部から成る。ベースフレームは既設のLHアンテナ開口部へ溶接され、高周波接触子はベースフレームと炭素製先端部の間の電気接触を改善する。先端部はグラファイトあるいは炭素繊維材から作られ、交換可能とするためボルトでベースフレームに取付けられるように工夫した。また実験実施後にグラファイトと炭素繊維材からできた先端部の性能を比較することができる。取付け工事の後、コンディショニングが順調に進捗し、プラズマの位置を制御することで良好な結合特性を実現し、高周波エネルギー最大約5MJのプラズマへの入射を達成した。さらに予想通りプラズマ電流を駆動していることを観測し、炭素製グリル付きLHアンテナの基本性能を確認した。

論文

JT-60UにおけるN-NBI加熱・電流駆動とトカマク定常化

池田 佳隆; 及川 聡洋; 井手 俊介

プラズマ・核融合学会誌, 81(10), p.773 - 778, 2005/10

トカマク定常核融合炉では、循環エネルギーが低い非誘導運転を行うために、高効率な電流駆動方式と高い自発電流の割合が必要である。NBIは電流駆動と加熱に対し強力かつ有効な手段である。JT-60Uでは350keV以上のエネルギー粒子を入射する負イオンNBIを有し、ITER級の領域でNBIの電流駆動と加熱を研究している。本解説は、ITERやトカマク核融合炉の連続運転に向けた最近の負イオンNBI実験と装置の進展について述べたものである。

論文

Recent RF experiments and application of RF waves to real-time control of safety factor profile in JT-60U

鈴木 隆博; 諫山 明彦; 井手 俊介; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 坂田 信也; 末岡 通治; 細山 博己*; 関 正美; JT-60チーム

AIP Conference Proceedings 787, p.279 - 286, 2005/09

JT-60において、低域混成波による電流駆動とモーショナルシュタルク効果による安全係数分布計測を用いた実時間安全係数分布制御システムを開発した。実時間制御のクロックである10ms以内で安全係数分布を高速に評価するための計算手法を開発し、精度よく安全係数分布を計算できることを示した。低域混成波の位相制御により電流駆動位置を制御した。中心での安全係数$$q(0)sim1$$の正磁気シアプラズマを対象に$$q(0)sim1.3$$の正磁気シア安全係数分布を目標として制御を行ったところ、安全係数分布は目標分布に近づき、$$q(0)sim1.3$$の状態を低域混成波が安定に入射されている間(3秒間)維持した。電子サイクロトロン波による新古典テアリングモードの安定化及び、プラズマの着火・立ち上げについても本招待講演において報告する。

論文

Advanced tokamak research on JT-60

岸本 浩; 石田 真一; 菊池 満; 二宮 博正

Nuclear Fusion, 45(8), p.986 - 1023, 2005/08

 被引用回数:30 パーセンタイル:76.27(Physics, Fluids & Plasmas)

大型トカマク装置JT-60は、高い閉じ込め及び高い温度と密度を持つ高性能プラズマを、可能な限り小さな外部入力による非誘導電流駆動で長時間維持することに焦点を合わせて研究を進めてきた。高ポロイダルベータ放電による自発電流割合80%以上の最初の実証、及びこの結果に基づく定常トカマク炉SSTRの概念構築を契機に、いわゆる先進トカマク研究が開始された。JT-60における内部輸送障壁の最初の観測が内部輸送障壁を持つ負磁気シア放電研究の引き金となった。負磁気シア放電により、世界最高のDT等価エネルギー利得1.25が達成された。また、高ポロイダルベータ放電において世界最高のイオン温度45keVと世界最高の核融合積が達成された。先進トカマク研究は現在のトカマク研究開発の主流である。さらにコンパクトITERの概念がJT-60の研究に基づき検討され提案された。

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:38.56(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

電子サイクロトロン波による局所加熱・電流駆動を利用した分布制御

池田 佳隆; 久保 伸*

プラズマ・核融合学会誌, 81(3), p.160 - 166, 2005/03

電子サイクロトロン(EC)波を用いた、核融合研究装置における電子温度と電流の局所制御について解説する。この局所制御を行うEC加熱装置の最近の進展も簡単に報告する。EC波の特徴は、局所的で高加熱密度である。プラズマ閉じ込め特性を改善するためのEC波を用いた電流分布と電子温度分布の実験について議論を行う。

論文

よくわかる核融合炉のしくみ,3; プラズマを超高温にする加熱装置

井上 多加志; 坂本 慶司

日本原子力学会誌, 47(2), p.120 - 127, 2005/02

核融合開発の現状と今後の展望を、核融合分野外の日本原子力学会会員に理解してもらうことを目的とした、原子力学会核融合工学部会企画の連載講座第3回である。トカマク型炉で核融合反応を起こし、定常運転を行うために不可欠なプラズマ加熱法として、中性粒子ビーム入射(NBI)と高周波(RF)を取り上げる。そのプラズマ加熱と定常運転・プラズマ高性能化のための電流駆動原理を概説するとともに、ITER向け加熱装置の開発の現状を紹介する。

論文

JFT-2Mトカマクの21年間の実験を振り返って

三浦 幸俊; 星野 克道; 草間 義紀

プラズマ・核融合学会誌, 80(8), p.653 - 661, 2004/08

原研のトカマク装置JFT-2Mにおける全ての実験運転が2004年3月をもって終了した。1983年4月27日のファーストプラズマ以来21年間の実験運転により、高閉じ込めモード(Hモード),加熱・電流駆動,先進プラズマ制御,低放射化フェライト鋼と改善閉じ込めとの両立性の確認などの研究において、核融合エネルギー研究やプラズマ物理研究をリードする多くの重要な成果を挙げた。これらの成果の中から、特に重要な幾つかについて述べる。

論文

Numerical analysis of neoclassical tearing mode stabilization by electron cyclotron current drive

林 伸彦; 諫山 明彦; 長崎 百伸*; 小関 隆久

プラズマ・核融合学会誌, 80(7), p.605 - 613, 2004/07

電子サイクロトロン波駆動電流(ECCD)による新古典テアリングモード(NTM)の安定化を、数値計算により調べた。数値計算モデルは、修正ラザフォード式に基づいたものであり、1.5次元輸送コードとEC解析コードと結合して用いた。この数値計算モデルは、JT-60Uにおける実験結果を模擬できることを確めた。修正ラザフォード式における未定パラメータを、実験との比較により求めた。安定化における駆動電流位置に対する依存性を調べた。低電流量でピークさせた電流分布が、位置に対する依存性を弱めることがわかった。一方、高電流量で電流分布をピークさせてしまうと、駆動電流が電流分布を変えNTMの磁気島を動かしてしまうために、位置に対する依存性が増してしまう。高電流量の場合には電流分布を広くした方が、位置に対する依存性を弱めることができる。安定化に必要な駆動電流量を調べた。必要な駆動電流量は、修正ラザフォード式におけるブートストラップ電流項とECCD項のパラメータに強く依存する。ITERにおいて必要な駆動電流のためのパワーを、JT-60U実験から求めたパラメータを用いて評価した。

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:100(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

ECCD power necessary for the neoclassical tearing mode stabilization in ITER

林 伸彦; 小関 隆久; 濱松 清隆; 滝塚 知典

Nuclear Fusion, 44(4), p.477 - 487, 2004/04

 被引用回数:30 パーセンタイル:27.44(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERで新古典テアリングモード(NTM)安定化に必要となる電子サイクロトロン波(EC)パワーを評価するために、ITERパラメータを用いてEC駆動電流(ECCD)によるNTM安定化を数値的に調べた。NTMの磁気島幅の時間発展を、修正ラザフォード式を用いて計算した。有理面に位置するEC電流による背景電流密度分布の変化を電流拡散式により計算し、テアリング安定性指標$$Delta$$'の変化を考慮した。ECパワーがしきい値以上のときには、磁気島幅にかかわらずNTMを完全安定化できる。このしきいパワーの、修正ラザフォード式中のパラメータに対する依存性を調べた。しきいパワーは、修正ラザフォード式における自発電流項のパラメータに強く依存する。EC駆動電流は、背景電流密度分布の変化を通して$$Delta$$'を減少させ、その結果、しきいパワーを減少させる。しきいパワーに対する、EC電流密度分布の幅とECパワー変調の効果を調べた。EC電流幅が半分になると、しきいパワーを半分以下にすることができる。EC電流幅を狭くすることができた場合には、しきいパワーを下げるのにECパワー変調は必要ない。パラメータ領域におけるしきいパワーの最大値を考えた場合、ITERにおいてm/n=3/2モードと2/1モードの両方を同時に安定化させるには、約25MWのECパワーが必要であることがわかった。

論文

Overview of JT-60U results leading to high integrated performance in reactor-relevant regimes

藤田 隆明; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 43(12), p.1527 - 1539, 2003/12

 被引用回数:29 パーセンタイル:30.71(Physics, Fluids & Plasmas)

高総合性能に向けての最近のJT-60Uの結果を炉心相当条件への見通しに力点をおいて報告する。負イオン源中性粒子ビーム及び電子サイクロトロン波のパワーはそれぞれ、6.2MW,3MWに達した。完全非誘導電流駆動の高ポロイダルベータHモードが1.8MAで得られ、核融合三重積は3.1E20m$$^{-3}$$keVsに達した。実時間制御を用いた新古典テアリングモードの抑制に成功し、規格化ベータの改善が得られた。電流ホールの安定な存在が観測された。DT等価核融合エネルギー増倍率0.8を0.55秒間維持した。負イオン源中性粒子ビーム及び低域混成波を用いて高自発電流割合の負磁気シアプラズマにおける電流分布制御を実証した。中心ソレノイドコイルを用いずに高い自発電流割合及び内部輸送障壁を有するプラズマを生成する新しい運転シナリオを開発した。新しいタイプのアルヴェン固有モードを提案し、それにより観測された周波数の時間的変化を説明できることがわかった。高ポロイダルベータモードにおいて電子サイクロトロン波によりアルゴンを排出した。

報告書

Review of JT-60U experimental results in 2001 and 2002

JT-60チーム

JAERI-Review 2003-029, 197 Pages, 2003/11

JAERI-Review-2003-029.pdf:13.06MB

本報告書は、2001年及び2002年にJT-60Uにおいて行った実験の結果をまとめたものである。完全非誘導電流駆動状態での高核融合三重積($$3.1 times 10^{20} m^{-3} keV s$$)の達成,高規格化ベータ値($$sim 2.7$$)の長時間(7.4秒間)維持,高核融合エネルギー増倍率($$geq 0.8$$以上)の時間の伸長(0.55秒間),高密度(グリーンワルド密度の$$95%$$)における閉じ込め改善(ITER98(y,2)スケーリングの0.9倍)の実現,電子サイクロトロン波電流駆動を用いた新古典テアリングモードの実時間制御,中心ソレノイドコイルを用いない革新的運転シナリオの開発等、炉心プラズマの高性能化,高性能炉心プラズマの定常化に対する進展について述べる。また、電流駆動,輸送障壁,MHD不安定性,高エネルギーイオン,ディスラプション,不純物,ダイバータプラズマ,プラズマ壁相互作用等に関する物理課題の研究,計測装置,加熱装置の開発についても報告する。

論文

Performance and development of heating and current drive systems in JT-60U

藤井 常幸; 春日井 敦; JT-60チーム

Proceedings of 20th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering (SOFE 2003), p.222 - 227, 2003/10

高性能プラズマを実現するための鍵はプラズマ中の電流,圧力,回転分布の制御である。そのために、JT-60Uには、ECH, LH, ICHのRF装置,正及び負イオン源のNBI装置が導入されて来た。出力1MWのジャイロトロンを使用して、110GHzで合計出力4MWのECH 装置を開発している。SiC製のRF吸収体を内蔵することで、ジャイロトロン内で発生する寄生発振を抑制し、設計値のジャイロトロン出力1MW, 5秒を達成した。さらに、このジャイロトロンはアノード電圧を可変調整でき、発振パラメータ領域を広くとれるため、より高い出力パワーが期待できる。NBI装置では、負イオン源NBIが400kVのビームエネルギーで5.8MWの入射を、正イオン源NBIは28MWの入射を実現している。負イオン源NBI装置の開発において、空間電荷効果を含む多ビーム束の収束に関する詳細な研究を行った。その結果、2.6MW, 10秒の入射を達成した。

論文

Accelerator R&D for JT-60U and ITER NB systems

井上 多加志; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 今井 剛; 柏木 美恵子; 河合 視己人; 森下 卓俊; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; et al.

Fusion Engineering and Design, 66-68, p.597 - 602, 2003/09

 被引用回数:21 パーセンタイル:18.66

中性粒子ビーム(NB)入射は、トカマク型核融合装置において、最も有力なプラズマ加熱・電流駆動手段の一つである。原研ではJT-60UとITER用NB入射装置のために、大電流静電加速器の開発を進めてきた。この開発において最近、以下の進展があったので報告する; (1)JT-60U負イオンNB入射装置において、加速器内の電界の歪みによりビームの一部が偏向され、NB入射ポートにあるリミタに熱負荷を与えていた。不整電界の原因である電極下面の段差を埋めたところ熱負荷は従来の半分以下となって、2.6MWのH$$^{0}$$ ビームを355 keVで10秒間連続入射することに成功した。(2)加速器耐電圧性能の向上を目指して、3重点(FRP製絶縁管,金属フランジ,真空の接点)の電界を緩和する電界緩和リングを設計し、JT-60U負イオン源加速器とITER用R&Dで使用している1MeV加速器に取り付けた。ビーム加速無しでの耐電圧試験において、良好な耐電圧性能を確認した。

論文

Heating and current drive by N-NBI in JT-60U and LHD

金子 修*; 山本 巧; 秋場 真人; 花田 磨砂也; 池田 勝則*; 井上 多加志; 永岡 賢一*; 岡 良秀*; 長壁 正樹*; 竹入 康彦*; et al.

Fusion Science and Technology, 44(2), p.503 - 507, 2003/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

負イオンNBI装置は、ITER 等の核融合プラズマを加熱・電流駆動するための効果的かつ信頼性ある装置として期待されている。負イオン生成やビーム発生の技術開発は、1980年代に世界的に開始され、現在までに、著しく進展してきた。特に、日本では、二つの大型核融合開発プロジェクトで核融合プラズマの実験研究のために負イオンNBI装置を実際に用いた計画を進めている。一つは、日本原子力研究所におけるJT-60Uトカマク計画であり、他の一つは核融合科学研究所のLHDヘリオトロン計画である。これらの計画は、負イオンNBI装置の開発を更に促進し、両研究所で順調に開発成果を上げてきた。JT-60Uでは、1996年に最初のビーム入射実験を行い、その後、1998年には、LHDでビーム入射実験が行われた。これらは、トカマク及びヘリオトロンでの最初の負イオンNBI装置を用いた加熱・電流駆動実験であり、将来有望な成果が得られた。

論文

Current point formation and magnetic reconnection process in nonlinearly destabilized double tearing modes

石井 康友; 安積 正史; 岸本 泰明

Physics of Plasmas, 10(9), p.3512 - 3520, 2003/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:71.69(Physics, Fluids & Plasmas)

負磁気シアプラズマで重要となるダブルティアリングモード(DTM)の非線形不安定化過程における電流点形成の詳細な過程と、その爆発的成長領域での役割を明らかにした。電流点形成は、これまでに知られている電流シートを伴った磁気再結合過程とは反対に、DTMの成長とともに磁気再結合領域に形成されるプラズマ電流の縦横比(逆アスペクト比)が増大することを初めて明らかにした。異なった抵抗値に対しては、形成される電流点の逆アスペクト比,絶対値が異なる。この性質が、爆発敵領域での非線形成長率の抵抗値非依存性の原因であることを明らかにした。さらに、トロイダル配位でのシミュレーションを行うことにより、乱雑磁場中においても、コヒーレントな電流点構造が形成・維持される可能性を示した。

報告書

Review of JT-60U experimental results in 2000

JT-60チーム

JAERI-Review 2002-022, 149 Pages, 2002/11

JAERI-Review-2002-022.pdf:10.21MB

2000年のJT-60U実験(2月~12月)の結果をレビューする。高$$beta_{p}$$ Hモードプラズマ及び負磁気シアプラズマにおいて、完全非誘導電流駆動状態での性能を大きく更新した。高$$beta_{p}$$ Hモードプラズマにおいては、プラズマ電流1.5MAにて2.0$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$keVsの高い核融合積を得て、NNBの電流駆動効率の世界最高値(1.55$$times$$10$$^{19}$$A/W/m$$^{2}$$)を達成した。負磁気シアにおいては、低域混成波電流駆動とNNB電流駆動を用いて、高密度(グリンワルド密度の80%)にて高閉じ込め(HH$$_{y2}$$~1.4)を得た。その他、電子サイクロトロン波帯(ECRF)加熱装置の増強,連続ペレット入射装置の設置,ダイバータ外側排気溝の設置などの改造を行い、プラズマ性能を向上するとともに研究の進展を得た。

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