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論文

Development of cold isostatic pressing graphite module for a heat-resistant lower hybrid current drive antenna

前原 直; Goniche, M.*; Kazarian, F.*; 関 正美; 池田 佳隆; 今井 剛*; Beaumont, B.*

Review of Scientific Instruments, 76(5), p.053501_1 - 053501_7, 2005/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.49(Instruments & Instrumentation)

耐熱負荷用LHCDアンテナとして等方性グラファイトを用いたプラズマ対向機器用モジュール開発を行った。ステンレスフィルム,モリブデンフィルム,銅フィルムを用いてグラファイト材表面に銅コーティングを施した。モジュールは、4分割モジュールで冷却チャンネル付き、長さは206mmである。250kW(125MW/m$$^{2}$$)/700sを伝送することに成功した。この電力密度は、ITERで要求されている電界強度(5kV/cm)で定常運転を実証することができた。モジュールからの放出率は3.2-5.1$$times$$10$$^{-6}$$Pa.m$$^{3}$$/s.m$$^{2}$$ at 100$$^{circ}$$C程度で、LHCDアンテナ独自の真空排気系は不要であるとの結論に達した。本件は、日欧核融合研究協力協定(アネックスIII)に基づいて、原研とCEAカダラッシュ研究所との共同研究として実施された研究の成果を発表するものである。

論文

低域混成波を用いた電流分布制御と先進トカマク/定常プラズマ運転への応用

井手 俊介

プラズマ・核融合学会誌, 81(3), p.167 - 170, 2005/03

プラズマ核融合学会誌の小特集「高周波による核融合プラズマ制御の進展」の低域混成波に関する章で、低域混成波を用いた非誘導電流駆動研究の最新のトピックスについて解説を行った。装置の進展,最近の実験研究の進展そして将来の展望について述べた。特に、LHCDによる長時間トカマク運転とそこでのエネルギーと粒子に関する研究、及び先進トカマク開発における分布制御への応用研究に重点を置いて解説を行った。

論文

Profile control and plasma start-up by RF waves towards advanced tokamak operation in JT-60U

高瀬 雄一*; JT-60チーム

AIP Conference Proceedings 694, p.235 - 242, 2003/05

電子サイクロトロン(EC)波入射により中心電子温度23keVを達成した。中心EC波電流駆動(ECCD)により空間的に局在したEC駆動電流密度分布が得られ、共鳴電子の拡散係数の上限は$$1{rm m^{2}/s}$$である。実験による電流駆動効率は理論で予想される値より小さいが、原因 は大きなEC駆動電流により生じた負の電場と考えられる。強磁場側と弱磁場側のECCD規格化電流駆動効率を比較し、理論的に予想されている捕捉粒子効果を確認した。低域混成波による電流駆動(LHCD)を周辺部で行い、負磁気シアプラズマにおける安全係数最小の半径と内部輸送障壁の半径を広げた。負イオンに基づく中性粒子ビーム電流駆動(N-NBCD)により電流ホールの半径を縮小した。OHソレノイドを用いずに以下の項目からなる総合シナリオを実証した。(1) RF波によるプラズマ生成と垂直磁場・形状制御磁場の誘導を用いた革新的なプラズマ立ち上げ手法,(2) 電磁誘導によらないプラズマ電流上昇,(3) 高密度かつ自発電流が支配的な高閉じ込めプラズマ。本手法により生成したプラズマは内部輸送障壁、周辺輸送障壁をともに有し、$$I_{rm p}=0.6$$MA,$$n_{rm e}=0.5n_{rm GW}$$において、$$beta_{rm p}=3.6$$($$epsilonbeta_{rm p}=1$$),$$beta_{rm N}=1.6$$,$$H_{rm H98y2}=1.6$$,$$f_{rm BS}geq90%$$を達成した。

論文

Combined non-inductive current drive in a high confinement reversed magnetic shear plasma at high normalized density in JT-60U

井手 俊介; 藤田 隆明; 鈴木 隆博; 波多江 仰紀; 内藤 磨; 鎌田 裕; 関 正美

Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(11), p.L63 - L69, 2002/11

 被引用回数:25 パーセンタイル:69.35(Physics, Fluids & Plasmas)

グリーンワルド密度の82%の高密度領域でHモードスケーリングの1.4倍の閉じ込めを持った負磁気シア放電の完全非誘導電流駆動に、初めて成功した。完全非誘導電流駆動は、低域混成波と中性粒子ビームによる電流駆動を62%のブートストラップ割合を持つプラズマに行って実現した。異なる非誘導電流駆動を組み合わせることにより、高ブートストラップ負磁気シア放電における中心と周辺同時の電流分布を変えることに成功した。

論文

Noninductive current drive and steady-state operation in JT-60U

牛草 健吉; 井手 俊介; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 鎌田 裕; 藤田 隆明; 池田 佳隆; 内藤 磨; 松岡 守*; 近藤 貴; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.255 - 277, 2002/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:3.03(Nuclear Science & Technology)

JT-60における非誘導電流駆動及び高性能定常運転に関する研究成果をまとめた。低域混成波電流駆動(LHCD)により3.5MAの大電流駆動,3.6$$times$$1019m-2A/Wの高効率電流駆動,自在な電流分布制御性を実証した。近接条件,高速電子挙動等の基礎研究によりLHCD物理の解明に貢献した。負イオン源中性粒子ビーム電流駆動(N-NBCD)実験により、中性粒子ビーム電流駆動に関する研究を著しく進展させた。駆動効率1.5$$times$$1019m-2A/Wを達成し、1MAの電流駆動に成功した。弱磁場励起Oモード電子サイクロトロン波による局所電流駆動を実証し、駆動効率0.5$$times$$1019m-2A/W,0.2MAの電流駆動を達成するとともに、新古典テアリング不安定性の抑制に成功した。これらの成果に基づき、高$$beta$$pHモード及び負磁気シアプラズマという2つの高性能定常運転方式を開発した。これらの運転方式は、高い閉じ込め性能を有するほぼ定常状態の電流分布を完全電流駆動の状態で持続できるものである。高い規格化密度や高い核融合積を有する完全電流駆動高性能定常運転方式で達成した。

報告書

トカマク核融合装置による低域混成波電流駆動システムに関する研究

前原 直

JAERI-Research 2000-061, 104 Pages, 2001/01

JAERI-Research-2000-061.pdf:9.71MB

5GHz LHCDシステムに必要不可欠な大出力クライストロン,高周波真空窓,低ガス放出アンテナ及びプラズマ対向用アンテナ先端部モジュールの開発研究について報告する。クライストロン開発では0.7$$mu$$Pのビームパービアンスを用いた設計により715kW-63%の出力及び効率を短パルスクライストロンで実証した。高周波窓ではピルボックス部の寸法をオーバーサイズにすることにより1MW-CWが可能であることがわかった。低ガス放出アンテナの開発では、高温で機械特性に優れたアルミナ分散強化銅を用い、ガス放出率は300$$^{circ}C$$で4$$times$$10$$^{-6}$$Pam$$^{3}$$/sm$$^{2}$$の十分低いレベルであることがわかった。先端部モジュールの開発では炭素系繊維材を用い、46MW/m$$^{2}$$-100秒の定常運転を実証し、ガス放出率も十分低いレベル(10$$^{-5}$$Pam$$^{3}$$/sm$$^{2}$$: at 120$$^{circ}C$$)であることがわかった。

論文

Formation of internal transport barriers and its impact on the JT-60U plasmas

井手 俊介; JT-60チーム

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.4, p.99 - 105, 2001/00

JT-60U負磁気シアプラズマにおける内部輸送障壁(ITB)の特性と、それの構造と電流分布や径電場との関連について報告する。詳細な内容は、(1)低域混成波による外部電流駆動(LHCD)により電流分布を変えることによりITBの位置を変え閉じ込めを改善することができた。さらにN-NBIを組み合わせることにより、完全電流駆動と高閉じ込め(H$$_{98.y2}simeq$$1.4)を高密度領域(0.82$$times$$n$$_{GW}$$)で実現した。(2)接線NBIの組み合わせをかえることにより、入射トロイダルトルクの分布をかえた時にITB領域での温度勾配がかわることを示した。またこの時に、径電場にも変化があり、ITBの外側境界付近の径電場の空間微分の大小がITBでの温度勾配と相関があることを示した。

論文

LHCD current profile control experiments towards steady state improved confinement on JT-60U

井手 俊介; 内藤 磨; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 近藤 貴; 関 正美; 牛草 健吉; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 40(3Y), p.445 - 449, 2000/03

 被引用回数:49 パーセンタイル:80.87(Physics, Fluids & Plasmas)

核融合炉心の定常運転プラズマとして最も有望な負磁気シアプラズマにおいて、内部輸送障壁を伴った良好な閉じ込め状態を低域混成波による電流駆動を用いて定常化することにJT-60Uにおいて成功した。プラズマパラメータの詳細な解析から、諸パラメータの空間分布がほぼ不変に維持されていることを確かめた。さらに、Hモードプラズマに対する低域混成波の結合を調べ、Hモード境界を持つプラズマにも低域混成波が結合可能であることを確かめた。また結合に必要なプラズマと壁との距離が粒子リサイクリングに依存することも示した。

報告書

Lower hybrid current drive in tokamak plasmas

牛草 健吉

JAERI 1339, 77 Pages, 1999/03

JAERI-1339.pdf:3.4MB

過去約10年で低域混成波電流駆動(LHCD)実験が著しく進展し、ほかの非誘導電流駆動に比較して最大の駆動電流(3.6MA,JT-60)、最長の電流維持時間(2時間,TRIAM-1M)、最も高い密度での電流駆動(n$$_{e}$$~10$$^{20}$$m$$^{-3}$$,ALCATOR-C)、最高の電流駆動効率($$eta$$$$_{CD}$$=3.5$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-2}$$A/W,JT-60)を達成するに至った。これは、LHCDが現在のトカマク装置においては非誘導電流駆動として最も有効であることを示している。本論文はこのLHCD実験全般についての実験結果をまとめたものである。低域混成波電流駆動の理論をまとめた後、(1)実験装置、(2)電流駆動効率、(3)電流分布とMHD振動の制御、(4)エネルギー閉じ込め、(5)パワーフロー、(6)高速電子挙動、(7)イオンと波との相互作用、(8)ほかの加熱・電流駆動との複合電流駆動など、最近の重要な実験結果とその物理描像をまとめる。

論文

Development of plasma facing component for LHCD antenna

前原 直; 関 正美; 鈴木 哲; 横山 堅二; 菅沼 和明; 清野 公広; 今井 剛; 鈴木 靖生*; 奥山 利久*; 斎藤 房男*; et al.

Fusion Engineering and Design, 39-40, p.355 - 361, 1998/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:45.37(Nuclear Science & Technology)

低域混成波帯電流駆動(LHCD)用のアンテナ先端部は、プラズマ対向機器としての機能を持たせる必要がある。そこで炭素系繊維材を用いたアンテナ先端部モジュールの開発を行い、その高熱負荷特性について、電子ビームによる照射実験を行った。その結果、ITERの第一壁で要求される熱負荷の約13倍(3.2MW/m$$^{2}$$)をモジュールに2分間照射しても、炭素系繊維材にメッキした銅が剥離しないことが確かめられた。この高熱負荷実験及び結果につき、詳細に報告する。

論文

Development of a power divider in the $$H$$ plane using posts in a rectangular waveguide for the next generation lower hybrid current drive antenna

関 正美; 前原 直; 福田 裕実; 池田 佳隆; 今井 剛; 広川 二郎*; 新井 宏之*

Fusion Engineering and Design, 36(2-3), p.281 - 287, 1997/05

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

次世代低域混成波電流駆動(LHCD)アンテナに用いられる、多分岐電力分配器のための高周波特性解析コードを開発した。このコードで計算された電力分配比や反射率が、無反射負荷の条件下で20分岐電力分配器の測定値とよく一致した。また、測定値との比較から、無反射負荷なのにもかかわらず、伝播可能な高次モードが高周波特性に強く影響を及ぼしていることがわかった。テーパー導波管のスロープが急なほど、高次モードの発生が多く、高周波特性がテーパー導波管の長さによって敏感に変わることが示された。

論文

Modification of electron density profile during lower hybrid current drive in JT-60U

井手 俊介; 永島 圭介; 内藤 磨

プラズマ・核融合学会誌, 73(1), p.112 - 121, 1997/01

JT-60Uにおける低域混成波(LHW)による電流駆動(LHCD)実験で、LHW印加により電子密度がプラズマ中心領域において減少することを見出した。この機構を明らかにするため、詳細なパラメータ・スキャンを行った。1)入射LHWのスペクトル・スキャン,2)入射LHWのパワー・スキャン,3)プラズマ電流/トロイダル磁場・スキャン,4)逆方向電流駆動・スキャン。これらのスキャンから、この電子密度の減少は、LHCDで期待される電流分布の変化によるものではなく、高速電子の量に依存することが明らかになった。

論文

Development of a power divider in the H plane using posts in a rectangular waveguide for the next generation lower hybrid current drive antenna

関 正美; 前原 直; 福田 裕実*; 池田 佳隆; 今井 剛; 広川 次郎*; 新井 広之*

Fusion Engineering and Design, 36(2-3), p.281 - 287, 1997/00

次世代の低域混成波電流駆動(LHCD)用アンテナのために、コンパクトな電力分配器を開発した。この電力分配器は、矩形導波管のH面方向に電力分配する機能を持ち、導波管内の円柱を用いて高周波特性の制御をすることで特徴付けられ、想定される使用周波数は数~10GHzである。高周波特性を解析するコードを開発し、計算結果と測定中性子を比較検討するために3分岐のH面電力分配器を製作した。このH面電力分配器内の円柱は、解析コードを用いて低反射・等分配となるような位置に設けられた。2GHz付近で測定された反射特性・電力分配特性は、解析コードの予想と一致し、H面電力分配器の最適化設計が可能であることが分かった。

論文

国際会議報告; 第16回IAEA核融合エネルギー会議

居田 克巳*; 岡野 邦彦*; 小川 雄一*; 鎌田 裕; 木村 晴行; 西原 功修*; 藤澤 彰英*; 矢木 雅敏*; 飯尾 俊二*

プラズマ・核融合学会誌, 72(12), p.1417 - 1423, 1996/12

第16回IAEA核融合エネルギー会議の内、加熱電流駆動のセッションの報告を行う。加熱電流駆動ではオーラルとポスター合わせて14件の発表があった。周波数帯別の内訳はICRF:6件、LHRF:5件、ECRF:2件、Alfven:1件である。ICRF加熱電流駆動の成果としてはITERの物理R&Dや負磁気シア、Hモード等の高性能放電への適用の進展があり、LHCDの成果としては負磁気シアを得るための電流分布制御や定常化へ向けての研究の一層の進展があった。ECRFに関してもEC加熱の負磁気シアへの応用が目立った。

論文

Application of LHCD for sustainment and control of a reversed magnetic shear plasmas in JT-60U

井手 俊介; 内藤 磨; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 関 正美; JT-60チーム

IAEA-CN-64/E-3, 10 Pages, 1996/10

JT-60Uでおこなった、負磁気シア配位での低域混成波電流駆動(LHCD)実験の結果について発表する。主な成果は次のとおりである。1)低域混成波(LHW)により、負磁気シア配位を7.5秒間維持することができた。プラズマ小半径の約55%まで広がった負磁気シアの領域が最後まで維持されている。2)LHWのみにより、負磁気シア配位を形成することに成功した。3)LHCDにより、負磁気シアの領域を変えられることを示した。また、ここに中性粒子ビーム加熱を行いプラズマの閉じ込め特性も変化していることを示した。これらは非常に新規性の高い実験結果であり、プラズマ閉じ込め特性向上及び負磁気シア配位における物理現象を解明する上で重要な結果である。

報告書

Development of a new lower hybrid antenna module using a poloidal power divider

前原 直; 関 正美; 菅沼 和明; 今井 剛; Goniche, M.*; P.Bibet*; S.Berio*; J.Brossaud*; Rey, G.*; G.Tonon*

JAERI-Research 96-036, 82 Pages, 1996/07

JAERI-Research-96-036.pdf:3.08MB

ポロイダル方向へ3分配する電力分配器と3$$times$$6分割マルチジャンクションモジュールを開発し、これらの高周波特性とコンポーネントからのガス放出量について、カダラッシュ研究所の高周波出力試験装置を用いて評価試験を行った。ポロイダル電力分配器は、33$$pm$$4%の良好な電力分配比が得られ、反射係数は、1.5%の低い値であった。また3$$times$$6分割モジュールでは、1.3%以下の反射係数と1%以下の高周波損失が測定された。3$$times$$6分割モジュールに2つの電力分配器を取付けた系では、コンポーネントを水冷した時に、高周波電力300kWにて1000秒の準定常運転を実証することができた。この時のガス放出率は、10$$^{-7}$$Pam$$^{3}$$s$$^{-1}$$m$$^{-2}$$の低いレンジであった。この報告書は、ポロイダル電力分配器を用いた新しい低域混成波(LH)アンテナモジュールの実験と解析結果について、まとめたものである。

報告書

Performance test of lower hybrid waveguide under long/high-RF power transmission

関 正美; 小原 建治郎; 前原 直; 池田 佳隆; 今井 剛; 永島 孝; Goniche, M.*; J.Brossaud*; C.Barral*; G.Berger-By*; et al.

JAERI-Research 96-025, 55 Pages, 1996/06

JAERI-Research-96-025.pdf:2.06MB

低域混成波電流駆動(LHCD)用アンテナの定常運転のためには、アンテナの高耐電力特性と低ガス放出特性が必要である。定常LHCDアンテナ開発のために、強制冷却通路を持つ分散強化銅製のテストモジュールを原研が製作し、フランス・ガダラッシュ研究所で準定常入射試験を行った。短いコンディション期間の後、テストモジュールは200MW/m$$^{2}$$までもの高耐電力性を示した。また、450度ベーキング処理を行った後のガス放出率は、300度において~2x10$$^{-7}$$Pam$$^{3}$$/sm$$^{2}$$であった。ガス放出率は、モジュール温度に強く依存するが、一方高周波電力には依存しないことが分かった。また、高周波入射により低減される枯化特性も見られた。さらに、水冷却で温度制御しながら150MW/m$$^{2}$$の高周波を入射したところ、1800秒間にわたり一定の低ガス放出率(~10$$^{-7}$$Pam$$^{3}$$/sm$$^{2}$$)を観測し、連続入射の可能性を示した。このテストモジュールの開発・大電力試験を通じて、定常LHCDアンテナ用導波管製作の目処を得た。

論文

Development of a new lower hybrid antenna module using a poloidal power divider

前原 直; 関 正美; 菅沼 和明; 今井 剛; Goniche, M.*; Ph.Bibet*; S.Berio*; J.Brossaud*; Rey, G.*; G.Tonon*

Fusion Technology 1996, 0, p.637 - 640, 1996/00

LHCDアンテナ開発の課題の1つは、アンテナ構造の簡素化である。ポロイダル方向へ電力分配する方式は、この簡素化の1つの手段であり、アンテナモジュールの電力密度を低減するとともに、5GHz以上の周波数領域において、N$$_{11}$$パラメータを広くとることが可能である。このためにポロイダル方向に3分配する電力分配器を3種類開発し、3$$times$$6マルチジャンクションモジュールと組み合せて評価を行った。3種類の電力分配器では、反射比1.5%以下において分配比33$$pm$$4%が得られ。3$$times$$6マルチジャンクションモジュールでは、反射比1.3%以下において高周波損失1.0%以下が測定された。大電力の高周波電動実験では、水冷を用いて300kW-1000秒の準定常運転が達成された。この時のガス放出率は、10$$^{-7}$$Pam$$^{-3}$$S$$^{-1}$$m$$^{-2}$$オーダであった。これらの結果によりプラズマに対向するアンテナ先端部を除き、ポロイダル電力分配器を用いて定常化アンテナ設計が可能となった。

論文

Response of lower hybrid wave driven current profile on wave launching position

井手 俊介; 内藤 磨; 近藤 貴; 池田 佳隆; 牛草 健吉

Nuclear Fusion, 36(8), p.1057 - 1061, 1996/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:20.51(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60U装置において、ポロイダル断面上の異なる2点により低域混成波(LHW)を入射し、その吸収の違いについて調べた。その結果、入射位置の違いによりLHWの吸収分布に大きな差が現れることを見出した。すなわち、斜め上から入射を行うと水平面から入射した場合に比べてよりプラズマの周辺部で吸収される。また、形成される高速電子のエネルギーは、斜め入射の方が低くなる。これらは、異なるスペクトルの波を入射した場合でも確認された。これらの実験結果は、LHWの軌道追跡計算コードによる解析で定性的に説明できることを示した。このことは、LHWの吸収において波の軌道に沿ったスペクトルの変化が重要な役割を持つことを示す。

論文

Sustainment and modification of reversed magnetic shear by LHCD on JT-60U

井手 俊介; 藤田 隆明; 内藤 磨; 関 正美

Plasma Physics and Controlled Fusion, 38(10), p.1645 - 1652, 1996/00

 被引用回数:52 パーセンタイル:96.15(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、低域混成波電流駆動(LHCD)により負磁気シアの長時間維持・制御に成功した実験結果についての論文である。主な内容は以下のとおり、1)負磁気シアの長時間維持。プラズマ電流立ち上げ時のNBI加熱により生成された負磁気シア配位にLHCDを印加することにより、負磁気シアを約7.5秒間非誘導的に維持することに成功した。また、この放電がMHD時に安定であることを見出した。2)負磁気シアの制御。異なる位相を持つ低域混成波を入射することにより、異なる磁気シアを形成できることを示した。これらは、負磁気シア配位での高閉じ込めプラズマを研究する上で重要な結果である。

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