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論文

Geodesic-acoustic-mode in JFT-2M tokamak plasmas

井戸 毅*; 三浦 幸俊; 神谷 健作; 浜田 泰司*; 星野 克道; 藤澤 彰英*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 西澤 章光*; 小川 宏明; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(4), p.S41 - S50, 2006/04

 被引用回数:100 パーセンタイル:3.04(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mトカマクにおいて重イオンビームプローブ(HIBP)を用いてプラズマ内部における測地的音波モード(Geodesic Acoustic mode, GAM)に伴うポテンシャル揺動及び密度揺動の同時計測を行った。ポテンシャル揺動はプラズマ境界内側で極大値を持っていること,この構造内で周波数はほぼ一定であること,このモードが径方向へ伝播していること、及びGAMが背景乱流に影響を及ぼしていることなどを明らかにした。背景乱流への影響の程度は理論モデルの予測とほぼ一致していることがわかった。

論文

Characterization of coherent magnetic fluctuations in JFT-2M high recycling steady high-confinement mode plasmas

神谷 健作; 大山 直幸; 井戸 毅*; Bakhtiari, M.*; JFT-2Mグループ

Physics of Plasmas, 13(3), p.032507_1 - 032507_9, 2006/03

 被引用回数:9 パーセンタイル:59.77(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは高リサイクリング定常(HRS)Hモードと呼んでいる新しい運転領域が開拓されている。HRS Hモードに附随して、10-100kHzのオーダーの特徴的な磁場揺動が磁気プローブに観測され、特にトロイダルモード数がn=1とn$$sim$$7の2つの揺動が重要と考えられる。本研究ではこれら2つの相互作用を明らかにするために、バイコヒーレンスの手法を用いて磁気プローブデータを解析することで、位相結合による別の揺動成分の存在を明らかにした。他装置で観測されるELM無しあるいは小振幅ELMのHモード中に観測される揺動との比較についても言及する。

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:79.58(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

Reduced divertor heat loads, plasma shape effects, and radial electric field structures in JFT-2M HRS H-mode plasmas

神谷 健作; 川島 寿人; 井戸 毅*; 大山 直幸; Bakhtiari, M.*; 河西 敏; 草間 義紀; 三浦 幸俊; 小川 宏明; 都筑 和泰; et al.

Nuclear Fusion, 46(2), p.272 - 276, 2006/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:86.65(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは今回プラズマ周辺部のパラメータを詳細に調べ、HRS Hモードの運転領域をペデスタルパラメータの観点から調べた。HRS Hモードはプラズマ周辺部のパラメータが高密度・低温状態で観測され易く、低密度・高温状態では大振幅のELMが発生した。密度,温度、及び安全係数をスキャンした結果、プラズマ周辺部の規格化衝突周波数が運転領域を決定する重要なパラメータの一つであることが示唆され、ELMy/HRS運転領域境界は規格化衝突周波数が1付近に存在することがわかった。

論文

Observation of nonlinear coupling between small-poloidal wave-number potential fluctuations and turbulent potential fluctuations in Ohmically heated plasmas in the JFT-2M tokamak

永島 芳彦*; 星野 克道; 江尻 晶*; 篠原 孝司; 高瀬 雄一*; 都筑 和泰; 上原 和也; 川島 寿人; 小川 宏明; 井戸 毅*; et al.

Physical Review Letters, 95(9), p.095002_1 - 095002_4, 2005/08

 被引用回数:93 パーセンタイル:6.37(Physics, Multidisciplinary)

JFT-2Mトカマクのオーム加熱プラズマの周辺部で、高速駆動静電プローブにより、ポテンシャル揺動スペクトルを測定した。その結果、二種類のコヒーレントな静電揺動(約1kHzと10-15kHz)を初めて見いだした。これらのモードは、最外殻磁気面の内側に存在する。このうちの高周波のモードは測地的音波(GAM)の特徴を有する。しかし低周波のモードは測地的音波かどうか不明である。バイスペクトル解析により、これらの静電揺動と背景乱流揺動にはパラメトリック変調的な非線形結合がみられることがわかった。すなわち、高周波のGAMモードや背景乱流はこの低周波のモードで変調を受けている(さらに背景乱流はGAMモードからも変調されている)ことを初めて見いだし、この低周波モード(周波数約1kHz)が非線形的に乱流輸送に影響を与えていると推定されることを初めて示した。

論文

Pedestal characteristics in JFT-2M HRS H-mode plasma

神谷 健作; 大山 直幸; 三浦 幸俊; Hubbard, A. E.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(11), p.1745 - 1755, 2004/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:53.58(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは今回プラズマ周辺部のパラメータを詳細に調べ、HRS Hモードの運転領域をペデスタルパラメータの観点から調べた。HRS Hモードはプラズマ周辺部のパラメータが高密度・低温状態で観測され易く、低密度・高温状態では大振幅のELMが発生した。密度,温度、及び安全係数をスキャンした結果、プラズマ周辺部の規格化衝突周波数$$nu$$e*($$propto$$neq95/Te2)が運転領域を決定する重要なパラメータの一つであることが示唆され、ELMy/HRS運転領域境界は$$nu$$e*が1付近に存在することがわかった。

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

On MHD oscillations in high beta H-mode tokamak plasma in JFT-2M

星野 克道; 永島 芳彦*; 井戸 毅*; 都筑 和泰; 川島 寿人; 小川 宏明; Bakhtiari, M.; 篠原 孝司; 上原 和也; 大麻 和美; et al.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.6, p.345 - 348, 2004/00

最近のJFT-2Mの高ベータHモードでは2.5%以上のベータ値が得られている。この高性能プラズマは高三角度高密度領域で得られている。このような高ベータプラズマを得るためには低周波のMHD振動の抑制が非常に重要である。電流の立ち上げ,中性粒子ビームの入射方法やプラズマの内側変位などにより低モードMHD振動の抑制を見いだした。周辺輸送障壁ではELMが前兆振動を持つことや、特徴的なコヒーレントなMHD振動が磁場,密度,ポテンシャル信号に存在することを見いだした。これらのコヒーレントMHD振動はELM無しHモードには見られないが周辺中性粒子の多いリサイクル率が1以上の場合に出現する。これはH'モードやEDAモードと類似していることを明らかにした。

論文

Observation of high recycling steady H-mode edge and compatibility with improved core confinement mode on JFT-2M

神谷 健作; 木村 晴行; 小川 宏明; 川島 寿人; 都筑 和泰; 佐藤 正泰; 三浦 幸俊; JFT-2Mグループ

Nuclear Fusion, 43(10), p.1214 - 1219, 2003/10

JFT-2M装置において、第一壁のボロン化後に高リサイクリング定常(HRS)H-modeが得られる新しい運転領域を開拓した。このH-modeは定常性を有しており、大きなELMが無いのでダイバータ板への熱負荷を低減でき、グリーンワルド密度(nGW)の約70%付近までの高密度運転が可能である(閉じ込め改善度: 1.5)。HRS H-mode遷移時にコヒーレント成分を有する特徴的な磁場揺動が観測されており、その運転領域は比較的高い中性粒子圧力下での高密度(ne/nGW$$>$$0.4)で観測され易いが、広い範囲の安全係数q95(2$$<$$q95$$<$$3付近の低q95でも)で得られている。HRS H-mode境界の最大の特徴は、プラズマコア部の閉じ込め改善モードと両立可能な点にある。今回、HRS H-mode境界に内部輸送障壁(ITB)を重畳させることによって、過渡的ながら規格化ベータ値($$beta_N$$)が~3に達する高性能プラズマを得ている。

論文

Observation of high recycling steady H-mode edge and compatibility with improved core confinement mode on JFT-2M

神谷 健作; 木村 晴行; 小川 宏明; 川島 寿人; 都筑 和泰; 佐藤 正泰; 三浦 幸俊; JFT-2Mグループ

Nuclear Fusion, 43(10), p.1214 - 1219, 2003/10

 被引用回数:34 パーセンタイル:24.44(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2M装置において、第一壁のボロン化後に高リサイクリング定常(HRS)H-modeが得られる新しい運転領域を開拓した。このH-modeは定常性を有しており、大きなELMが無いのでダイバータ板への熱負荷を低減可能で、グリーンワルド密度(nGW)の約70%付近までの高密度運転が可能である(閉じ込め改善度H$$_{89}$$P~1.5)。HRS H-mode遷移時にコヒーレント成分を有する特徴的な磁場揺動が観測されており、その運転領域は比較的高い中性粒子圧力化での高規格化密度(ne/nGWが約40%以上)で観測され易いが、広い範囲の安全係数q95(2~3付近の低安全係数でも)で得られている。 HRS H-mode境界の最大の特徴は、プラズマコア部の閉じ込め改善モードと両立可能な点にある。今回、HRS H-mode境界に内部輸送障壁(ITB)を重畳させることによって、過渡的ながら規格化ベータ値($$beta$$$$_{N}$$)が約3.1に達する高性能プラズマを得ている。

論文

Calibration of heavy ion beam probe energy analyzer using mesh probe in the JFT-2M tokamak

神谷 健作; 三浦 幸俊; 井戸 毅*; 浜田 泰司*

Review of Scientific Instruments, 74(9), p.4206 - 4208, 2003/09

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

メッシュプローブを用いた重イオンビームプローブ用平行平板型エネルギー分析器の直接的な較正手法を確立した。ガス散乱による較正実験においてメッシュプローブ内にサンプル体積を導入した後、ACバイアスを印加することにより、観測される2次ビームの規格化差分量がバイアス電圧に比例することを確認した。同時に、規格化差分量のバイアス電圧に対する勾配が、理論計算から予想されるように分析器への入射角に依存することも確認できた。ビームのメッシュ透過率は約40%であるが、ビーム電流は10マイクロAとすることにより良好なS/Nが得られた。今回の絶対較正結果は誤差10%以下であり、メッシュプローブを用いない通常のガス散乱による較正結果と良い一致を示した。

論文

Dynamics of plasma during the formation of a weak negative central magnetic shear configuration using counter neutral beam injection in the JFT-2M tokamak

神谷 健作; 木村 晴行; 小川 宏明; 川島 寿人; 都筑 和泰; 伊世井 宣明; 佐藤 正泰; 篠原 孝司

プラズマ・核融合学会誌, 78(12), p.1361 - 1367, 2002/12

反電流方向中性粒子ビーム入射による電子密度の尖塔化を伴う閉じ込め改善モードにおいては、鋸歯状振動の安定化が観測されている。運動シュタルク効果を利用した電流分布測定を行うことにより、その動的挙動が明らかになった。鋸歯状振動が安定化される過程において電流分布が平坦化するとともに中心電子温度が増加し、最終的に凹状電流分布(弱負磁気シアー配位)が形成された。一方、電流方向中性粒子ビーム入射の場合には電流分布が尖塔化し、鋸歯状振動の発生とともに閉じ込めは劣化した。このことから、弱負磁気シアー配位の形成には反電流方向電流駆動が重要な役割を果たしていることがわかった。また第一壁のボロンコーティングによる不純物制御効果により、今回得られた弱負磁気シアー配位は準定常維持に適した特性を示すことが示唆された。

報告書

核融合研究開発の余録

山本 賢三*; 小泉 興一

JAERI-Review 2002-023, 156 Pages, 2002/09

JAERI-Review-2002-023.pdf:14.39MB

本報告書は、核融合研究の黎明期から現在のトカマク型実験炉ITER計画に至るまでの我が国の研究開発の経緯を、当時の内外の情況,取り決めの経緯,討議の詳細を中心にまとめたものである。日本の核融合研究の歩みを歴史的観点からまとめた資料として前著「核融合の40年; 日本が進めた巨大科学」(1997年ERC出版)があるが、同書は研究開発の経緯の大量の資料を簡略にまとめたものであったため随所に説明の不足した部分があった。このため本報告書では前著を補足する目的でそれらのなかで幾つかの点を選んで資料を抜粋し、補足説明と所見を加えた。

論文

Multichannel motional stark effect diagnostic discriminating radial electric field in the JFT-2M tokamak

神谷 健作; 木村 晴行; 星野 克道; 伊世井 宣明; 川島 寿人; 小川 宏明; 小川 俊英; 都筑 和泰; 上原 和也; JFT-2Mグループ

Review of Scientific Instruments, 72(7), p.2931 - 2935, 2001/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:56.46(Instruments & Instrumentation)

JFT-2M装置において、径電場分布の同時測定が可能な運動シュタルク効果を用いるプラズマ電流密度分布(内部ポロイダル磁場分布)計測装置を開発した。JFT-2M装置における2系統の加熱用水素中性粒子ビーム(電流方向、及び逆電流方向入射)を一つの光学系から同時に、かつ接線方向の視線で見込むことにより、高空間分解能で、かつ径電場に対する感度が最も良くなる。L-modeプラズマについて初期データを取得できた。磁場のピッチ角、及び径電場の測定精度はそれぞれ0.1$$^{circ}$$,4kV/m程度であり、この場合の時間分解能は約10msである。

報告書

JFT-2Mにおける多チャンネルMSE測定装置

神谷 健作; 三浦 幸俊

JAERI-Tech 2000-090, 17 Pages, 2001/02

JAERI-Tech-2000-090.pdf:0.97MB

運動シュタルク効果(Motional Stark Effect)を用いたプラズマ電流密度分布(内部ポロイダル磁場分布),及び径電場分布計測についてJFT-2M装置における加熱用水素中性粒子ビーム(電流方向,及び逆電流方向入射)を用いることで検討した。JFT-2MのP10ポートを利用することにより、2系統のビームを同時に、かつ接線方向の視線で見込むことができ、高空間分解能の計測が可能となる。さらにDual-MSEの手法を用いて径電場の寄与を分離し、精度良く磁場のピッチ角($$gamma_{p}$$=Tan$$^{-1}$$(B$$_{p}$$/B$$_{T}$$))と径電場が求められる。偏光角が0.1°の精度で測定できた場合、径電場はおよそ4.0[kV/m]程度の精度で求められることがわかった。

論文

Development of mesh probe for the calibration of the HIBP diagnostic system in the JFT-2M tokamak

神谷 健作; 三浦 幸俊; 都筑 和泰; 井戸 毅*; 浜田 泰司*; 中山 武*

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.579 - 582, 2001/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.36(Instruments & Instrumentation)

重イオンビームプローブ(HIBP)測定におけるビーム軌道確認、及びエネルギー分析器絶対較正のためのメッシュプローブを開発した。本プローブを用いることで空間電位測定時の磁場で、かつプラズマ観測領域におけるビーム軌道、及びサンプルボリューム(イオン化点)の位置が$$pm$$1cm程度の精度で直接確認できた。エネルギー分析器絶対較正としても新しい手法であり、既知の位置からエネルギー変化量が既知のビームを生成することが可能となった。サンプルボリュームを内部メッシュボックス内に決定しAC電圧($$Phi_{BIAS}$$=$$pm$$1.0kV,50Hz)を印加したところ、エネルギー変化に対応する規格化差信号ND(Normalized Difference)の線形性応答(dND/d$$Phi_{BIAS}$$)の分析器への入射角依存性を直接確認することができた。絶対較正の誤差は10%以下と見積もられ、従来のフィッティングによる較正結果と矛盾しない。

論文

Coherent magnetic fluctuations ergodized ELMy H-mode in the JFT-2M tokamak

W.Liu*; 三浦 幸俊; JFT-2Mグループ

プラズマ・核融合学会誌, 74(7), p.753 - 757, 1998/07

JFT-2Mでは、外部ヘリカル磁場を印加し、ELMを制御してH-モードを定常化することに成功している。そのELMy H-モードの特性に関し、以下の5点を中心に発表する。(1)外部ヘリカル磁場を印加しELMが発生すると、密度と放射損失の上昇が抑えられてH-モードが定常化される。(2)ELMの発生周波数は、外部ヘリカル磁場の強度とともに上昇する。(3)ELM発生には外部ヘリカル磁場のn≧4のトロイダルモードが有効である。(4)低安全係数(q$$_{s}$$~2.5)では、ELMの振幅が増大し、初めは1個のELMであるが、数十ミリ秒後には2~3個のELMが連続して発生する。(5)2つの磁気プローブを用いて、連続して発生するELM時の磁場揺動を調べたところ、2つ目のELM時には約400kHzに強い相関を持ち、トロイダルモード数がn≧4である可能性が高い。

論文

Density fluctuations in the JFT-2M H-mode plasma measured by using a new analysis method of microwave reflectometry

篠原 孝司; 三浦 幸俊; 星野 克道

プラズマ・核融合学会誌, 74(6), p.607 - 615, 1998/06

篠原他、Jpn.J.Appl.Phys.,36.7367,(1997)に掲載されたマイクロ波反射計の新しい解析法を用いてJFT-2MのHモードプラズマ中での密度揺動を測定した。JFT-2MのHモード放電では、しばしば、LH遷移後約10msにD$$_{alpha}$$の信号強度がLモードレベルまで増える現象が観測される。このとき、閉じ込めはHモード時より劣化するもののLモード時よりHモード時に近いことから、この現象をH'モードと呼んでいる。反射計で密度揺動を測定するとH'モード時、80-160kHz程度にコヒーレントな揺動が観測された。しかし、NB入射の方向をかえた実験からこのコヒーレントな揺動は閉じ込めを決めるものではないと推測される。また、500kHz以上の高周波の密度揺動がH,H'モード時にLモード時にくらべ、増加していることもわかった。これは反射計が高時間分解能の測定器であるが故に得られた結果である。

論文

Rapid change of hydrogen neutral energy distribution at L/H-transition in JFT-2M H-mode

三浦 幸俊; 岡野 文範; 鈴木 紀男; 森 雅博; 星野 克道; 前田 彦祐; 滝塚 知典; JFT-2Mグループ; 伊藤 早苗*; 伊藤 公孝

NIFS-134, 20 Pages, 1992/02

飛行時間型の中性粒子測定によって、L/H,H/L遷移およびELMの時に、バルクイオンのエネルギー分布が高速で変化していることを観測した。その変化は、200eV以上のエネルギーのフラックスが上昇あるいは減少するというものであり、H$$_{alpha}$$信号の変化より早く起こっている。200eV以上という水素のエネルギーは、プラズマ周辺(inside sparatrix)でのパラメータでイオンの無衝突条件($$nu$$$$_{asti}$$$$<$$1)に対応している。

報告書

加速器分析法によるプラズマ壁への粒子輸送に関する研究

中島 雅*; 高谷 泉*; 秋山 武司*; 北村 晃*; 矢野 淑郎*; 仙石 盛夫; 大塚 英男; 前田 彦祐

JAERI-M 91-048, 57 Pages, 1991/03

JAERI-M-91-048.pdf:1.68MB

部分的にカーボン材が用いられた、ステンレス(SS,304)壁を持つJFT-2Mのスクレープオフ層中で水素同位体(H,D)の輸送に関する研究を加速器支援下の捕集プローブ法で行った。テイラー放電洗浄中にSiプローブに吸蔵された水素あるいは重水素粒子は、後続のプラズマ放電(重水素)によりリサイクルされプラズマ境界附近に現れることが明らかになった。次に炭素プローブへの照射実験では、水素同位体のサンプル内吸蔵は、その表面処理に依存すること、放電洗浄中に吸蔵された水素は続く重水素放電により一部重水素と置換されることが明らかにされた。

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