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論文

Alfv$'e$n eigenmodes in reversed shear plasmas in JT-60U negative-ion-based neutral beam injection discharges

武智 学; 福山 淳*; 石川 正男; Cheng, C. Z.*; 篠原 孝司; 小関 隆久; 草間 義紀; 竹治 智*; 藤田 隆明; 及川 聡洋; et al.

Physics of Plasmas, 12(8), p.082509_1 - 082509_7, 2005/08

 被引用回数:31 パーセンタイル:70.18(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uの負磁気シア(RS)及び弱磁気シアプラズマ(WS)におけるアルフベン固有モード(AE)実験の結果について報告する。低$$beta$$hのRS放電において負イオンNBI(NNBI)及びICRFによって加熱中に観測された急激な周波数の掃引を伴うモードは負磁気シア励起AE(RSAE)とこのRSAEからトロイダルAE(TAE)への遷移によって説明可能である。われわれはJT-60Uにおいて磁気揺動の観測と安全係数分布の計測を行い、RSAEの存在とRSAEからTAEへの遷移を初めて証明した。中性子発生率の計測によってRSAEからTAEへ遷移時に高速イオンが吐き出されることが明らかになった。

論文

Achievement of high fusion triple product, steady-state sustainment and real-time NTM stabilization in high-$$beta_p$$ ELMy H-mode discharges in JT-60U

諫山 明彦; 鎌田 裕; 林 伸彦; 鈴木 隆博; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 福田 武司; 井手 俊介; 竹永 秀信; 牛草 健吉; et al.

Nuclear Fusion, 43(10), p.1272 - 1278, 2003/10

 被引用回数:126 パーセンタイル:96.3(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uでは定常高$$beta_p$$ Hモード放電の最適化を行い、以下の結果を得た。(1)NNBを用いて完全非誘導電流駆動の下で核融合三重積3$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}cdot$$s$$cdot$$keV(世界最高値)を達成した。この結果は従来の結果を50%上回る。(2)規格化ベータ値$$beta_N$$が2.7のプラズマをNBや電源の機器限界に近い7.4秒間(エネルギー閉じ込め時間の約60倍)維持した。(3)高規格化ベータ値($$beta_N$$=3.05)のプラズマをエネルギー閉じ込め時間の5倍の間維持した。(4)電流分布や圧力分布の最適化により新古典テアリングモードの発生を再現性よく抑制した。(5)電子温度揺動分布から磁気島中心を実時間で検出し電子サイクロトロン電流駆動を行うシステムを開発し、高ベータ領域($$beta_p$$=1.1,$$beta_N$$=1.5)における新古典テアリングモードを完全に安定化した。安定化後ベータ値や閉じ込め改善度が上昇した。

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。

報告書

Review of JT-60U experimental results from February to October, 1999

JT-60チーム

JAERI-Review 2000-035, 164 Pages, 2001/02

JAERI-Review-2000-035.pdf:10.14MB

1999年は、負磁気シア放電の長時間化について、(1)DT等価核融合増倍率Q(n$$_{D(0)}tau_{E}$$T(0)~4$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$・keV・s)~0.5の0.8秒維持,(2)80%が自発電流の完全電離駆動を実現した。負磁気シア放電の内部輸送障壁(ITB)の物理に関連して、さまざまな研究が進められた。高性能($$beta_{N}$$=2.4,H$$_{89}$$=2.56)の高$$beta_{p}$$ H-modeプラズマ(I$$_{p}$$=1.5MA,B$$_{T}$$=3.7T,q$$_{95}$$=4.2)において、92%の電流駆動を得た。この時のNNB(3.4MW,360keV)による電流駆動効率は、ビーム電流駆動としては最高の1.3$$times$$10$$^{19}$$A/W/m$$^{2}$$であった。H-mode研究では、しきいパワー、高プラズマ密度領域での閉じ込めの劣化とペデスタル構造が研究された。1999年より周波数110GHz、入射パワー0.75MW(トーラス入射パワー)のECRF加熱系が稼働を開始した。プラズマへの入射により電流分布の変化、テアリング不安定性及び鋸歯状振動に対する抑制効果が観測された。真空容器壁による安定化効果が大きい配位で、負磁気シアプラズマにおいて最高値の$$beta_{N}$$=2.8を得て、ディスラプション時に抵抗性壁モーデを観測した。プラズマの安全係数を2あるいは3以下に落とすことにより、逃走電子の消滅することが示された。プラズマ制御では、新たに蓄積エネルギー、放出損失量ほかの実時間制御が実験で日常的に使用されるようになった。重水素及び不純物中性粒子排気の増強のため、1999年にはW型ダイバータにおいて外側排気口が追加され、両側ダイバータからのポンプ排気が可能となった。排気速度が最大となる配位では、ビーム加熱放電でX点MARFEが存在してもZeffが2.3-2.6に低減した。ヘリウム排気実験においても、従来より45%改善して$$tau$$*$$_{He}$$/$$tau$$$$_{E}$$~2.8を得た。放射損失を増大させるAr等の不純物量のフィードバック制御により、高密度(Greenwald密度の70%)で従来より高い閉じ込め性能(H~1.4-1.5)のELMy H-modeプラズマが得られた。ダイバータ領域を空間分解能16chで見込む可視分光器に導入とともに、化学スパッタリングの研究が進展した。

論文

Heating and non-inductive current drive by negative ion based NBI in JT-60U

及川 聡洋; 牛草 健吉; Forest, C. B.*; 根本 正博; 内藤 磨; 草間 義紀; 鎌田 裕; 飛田 健次; 鈴木 慎悟*; 藤田 隆明; et al.

Nuclear Fusion, 40(3Y), p.435 - 443, 2000/03

 被引用回数:36 パーセンタイル:73.84(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60UにおいてNNBの加熱、電流駆動特性の研究を行った。ビーム粒子の電離過程が多段階電離モデルで説明できることを実験的に示した。また、プラズマ平衡解析からプラズマ内部での電界分布を求め、NNB駆動電流分布を同定した。理論予測とおりの中心ピークした分布であることがわかり、駆動電流量は0.6MAに達した。また電流駆動効率が、ビームエネルギー及び電子温度とともに増大することを明らかにした。また、NNB加熱が主体(70%)で、Hモード遷移が得られることを確認した。このときELMy中でHファクター1.64を、電子温度がイオン温度より高い条件で得た。電流駆動、加熱の両面で、将来のトカマク型核融合炉においてNNBが適用可能であることを明らかにした。

論文

Characteristics of Alfv$'e$n eigenmodes, burst modes and chirping modes in the Alfv$'e$n frequency range driven by negative ion based neutral beam injection in JT-60U

草間 義紀; Kramer, G. J.; 木村 晴行; 三枝 幹雄*; 小関 隆久; 飛田 健次; 及川 聡洋; 篠原 孝司; 近藤 貴; 森山 伸一; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1837 - 1843, 1999/11

 被引用回数:63 パーセンタイル:87.19(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、負イオン源ビーム(NNB)を用いて、ビームイオンが励起する不安定性の研究を行った。磁気シアが弱い場合には、ビームイオンの体積平均$$beta$$値が0.1%と低い領域においてもアルヴェン固有モードが励起されることが明らかとなった。しかし、このモードは強い負磁気シアを持つプラズマでは安定化できることがわかった。ビームイオン$$beta$$値が0.2%程度に上昇し、かつプラズマ中心の安全係数が1.4程度まで低下すると、アルヴェン周波数領域にバースト的に発生をくり返すモードが出現する。このモードにより、わずかではあるがビームイオンが損失することが明らかになった。

論文

Recent progress in high performance and steady-state experiments on the Japan Atomic Energy Research Institute tokamak-60 upgrade with W-shaped divertor

草間 義紀; JT-60チーム

Physics of Plasmas, 6(5), p.1935 - 1942, 1999/05

 被引用回数:17 パーセンタイル:52.18(Physics, Fluids & Plasmas)

W型ダイバータ付きJT-60Uにおいて行った高性能プラズマ実験及び定常化実験の最近の成果を報告する。主な成果は以下のとおり。(1)負磁気シアモードにおいて世界最大の等価Q$$_{DT}$$=1.25を達成した。(2)高ポロイダル$$beta$$Hモードにおいて、等価Q$$_{DT}$$=0.16,Hファクター2.2を4.5秒間維持することに成功した。(3)低域混成波(LH)と中性粒子ビームにより輸送障壁付き負磁気シアモードを6秒間維持できた。(4)負イオン源中性粒子ビーム(NNB)入射による駆動電流が600kAに達した。(5)NNB入射によりHモードを生成・維持し電子加熱が有効に行われていることを実証した。(6)低シアプラズマにNNBを入射した場合に約0.1%と低い高速イオン$$beta$$においてもトロイダルアルヴェン固有モード(TAE)が発生し得ることを明らかにした。(7)負磁気シアの内部輸送障壁の物理的解明など、物理研究が大きく進展した。

論文

IRTVを用いたPNBI及びNNBI突き抜け率の測定

豊川 良治; 椛澤 稔

KEK Proceedings 99-17 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00

JT-60Uにおける、NBIビームの突き抜け率測定は、従来対向面に埋め込んだ熱電対の温度を測定し算出していた。そのため温度変化を高速に測定することができず1ショットの平均突き抜け率を出力するのにとどまっていた。一方対向面のIRTV熱画像は瞬時のビーム突き抜けを表しているため、突き抜けの時間変化を正確に測定することができる。そこでIRTV熱画像をビデオレコーダで保存しオフライン処理により、突き抜け率の時間変化を算出していた。このため今回、IRTVの熱画像をパーソナルコンピュータに取り込み、温度変化を解析することにより実時間処理で突き抜けパワーを算出し突き抜け率の時間変化を高速に表示できるシステムを開発した。また本システムでは、簡易データベースを構築することにより、熱画像データや解析データをいつでも閲覧できるようにした。

論文

Alfv$'e$n eigenmodes and their impact on plasma characteristics in JT-60U

草間 義紀; Nazikian, R.*; Kramer, G. J.*; 木村 晴行; 三枝 幹雄*; 小関 隆久; Fu, G. Y.*; 飛田 健次; 及川 聡洋; 篠原 孝司; et al.

Fusion Energy 1998, 2, p.537 - 544, 1998/10

JT-60Uでは、負イオン源中性粒子ビーム(NNB)入射で生成される高エネルギーイオンで$$alpha$$粒子を模擬し、アルヴェン固有モードの研究を進めている。高エネルギーイオンの体積平均$$beta$$値が0.1%程度と低い領域においても上記のモードが発生することを明らかにした。これは、磁気シアが弱いことによる。$$beta$$値が0.2%程度以上になるとアルヴェン固有モード領域にバースト的に発生をくり返すモードが現れ、わずか(数%)ではあるが高エネルギーイオンの損失を招く。また、アルヴェン固有モードは強い負磁気シアを持つプラズマでは安定化できることも新たに明らかになった。

論文

Heating and non-inductive current drive by negative-ion based NBI in JT-60U

及川 聡洋; 牛草 健吉; Forest, C. B.*; 根本 正博; 内藤 磨; 草間 義紀; 鎌田 裕; 飛田 健次; 鈴木 慎悟*; 藤田 隆明; et al.

Fusion Energy 1998, Vol.2, p.551 - 558, 1998/10

JT-60Uにおいて、負イオン源NB(以下NNB)の加熱、電流駆動特性の研究を行った。NNBパワーのプラズマへの吸収を理解する上で基本となるビーム粒子の電離過程は、高ビームエネルギー、高密度において多段階電離過程の寄与が大きく、理論モデルが適用できることを実験的に示した。プラズマ平衡解析からプラズマ内部の電界を求め、NNB駆動電流分布を同定した。全駆動電流量は0.6MAまで到達したことを示した。また電流駆動効率は電子温度と共に増大することを明らかにし、トカマク炉において必要とされる電流駆動効率に到達する見込みを示した。加熱パワーの大部分がNNBによる電子加熱である場合にも、Hモード遷移が得られることを明らかにした。

論文

Heating and current drive experiments with negative-ion-based neutral beam on JT-60U

草間 義紀; 及川 聡洋; 根本 正博; 藤田 隆明; 内藤 磨; 飛田 健次; 鎌田 裕; 牛草 健吉; 栗山 正明; Forest, C. B.*; et al.

24th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics, 21A, p.513 - 516, 1997/00

JT-60Uプラズマの中心部での加熱と電流駆動を目的に導入された負イオン源中性粒子ビーム(NNB)を用いた実験の進展について報告する。(1)モーショナルシュタルク分光(MSE)計測により、NNBによって駆動されたプラズマ電流分布を初めて測定することに成功した。測定された分布はACCOMEコードを用いた理論的な予測とおおむね一致することを確認した。(2)周波数の高いアルヴェン固有モード(EAE)に対して、NNBイオンに安定化効果が有ることが確認された。(3)NNBのプラズマ中でのイオン化断面積の増大が評価された。(4)以上のNNB入射実験とともにNNBの性能も大幅に向上し、1イオン源当り3.2MW(350kV)の入射に成功して、今後の高パワー化に見通しを得ることができた。

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