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論文

Fabrication of 8Cr-2W ferritic steel tile for reduction in toroidal magnetic field ripple on JT-60U

工藤 祐介; 沢井 友次; 櫻井 真治; 正木 圭; 鈴木 優; 笹島 唯之; 林 孝夫; 高橋 龍吉*; 本田 正男; 實川 資朗; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 49(96), p.S297 - S301, 2006/12

JT-60Uでは、大体積運転においてプラズマ加熱の低下,プラズマ対向機器への熱負荷の増大を引き起こすトロイダル磁場のリップル損失を低減するため、フェライト鋼製タイルの導入を図った。JT-60Uでは重水素運転であるため、中性子発生量が低いことから、フェライト鋼として、F82Hの放射化元素の含有成分の制限を緩めた8Cr-2W-0.2V鋼を製作した。製造されたフェライト鋼は焼戻しマルテンサイト構造を示し、十分な、磁気,機械特性であった。鋼板の飽和磁化は573Kで1.7Tであり、予想より低かったものの、JT-60Uの運転では十分有効であることが計算により確認された。8-9Crフェライト鋼の飽和磁化に対する材料条件を調べることは、フェライト鋼を炉内構造物として使用する将来の核融合装置において重要である。

論文

Characterization of Type-I ELMs in tangential co-, balanced- and counter-plus perpendicular NBI heated plasmas on JT-60U

神谷 健作; 浦野 創; 小出 芳彦; 滝塚 知典; 大山 直幸; 鎌田 裕; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A131 - A139, 2006/05

 被引用回数:21 パーセンタイル:59.31(Physics, Fluids & Plasmas)

Type-I ELMsの特性に対するプラズマ回転と高速イオンのリップルロスの影響に関して、JT-60Uにおける接線及び垂直NBIの組合せとプラズマ体積を系統的に変化させることで調べた。反電流方向NBIにてELMによるエネルギー損失割合が小さくなり、周波数は早くなることが確認された。さらに、ELMのパワーはプラズマ体積の増加とともに小さくなることが見いだされ、このことはELM間の輸送が高速イオンの損失の増大に伴い、増加することを示唆する。

論文

The Roles of plasma rotation and toroidal field ripple on the H-mode pedestal structure in JT-60U

浦野 創; 神谷 健作; 小出 芳彦; 滝塚 知典; 大山 直幸; 鎌田 裕; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A193 - A199, 2006/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:37.12(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、異なるトロイダル磁場リップルで、トロイダル運動量入力を変化させたパワースキャンを行い、Hモードのペデスタル構造の特性を調べた。ペデスタル圧力は高速イオンの損失パワーの減少とともに増大することがわかった。一方で、トロイダル回転によって、ペデスタル圧力は大きく変化しなかった。しかしながら、リップル損失の少ないHモードプラズマでもプラズマ電流に対して順方向のトロイダル回転が大きいほど、高エネルギー閉じ込めが得られることがわかった。

論文

低アスペクト比トカマク炉のアルファ粒子閉じ込め

谷 啓二; 飛田 健次; 西尾 敏; 飯尾 俊二*; 筒井 広明*; 青木 尊之*

プラズマ・核融合学会誌, 80(11), p.931 - 934, 2004/11

軌道追跡モンテカルロコードを用いて、低アスペクト比トカマク炉(VECTOR)における核融合反応生成アルファ粒子のリップル損失を解析した。VECTOR中ではアルファ粒子はよく閉じ込められることがわかった。低アスペクト比トカマク中では、リップル損失のトロイダル磁場コイル数の依存性は非常に弱い。トロイダル角方向の損失粒子による第一壁熱負荷のピーキングファクタ2を仮定すると、プラズマ外側端のリップル値としては、第一壁に冷却機構が有る場合と無い場合で、1.5%と1.0%程度がそれぞれ許容されることがわかった。両者の場合において、トロイダル磁場コイル数としては4程度まで削減できることがわかった。

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。

報告書

FEMAG/OFMCコードを使用したフェライト鋼によるリップル補正磁場中の高速イオン損失計算

浦田 一宏*; 篠原 孝司; 鈴木 正信*; 鎌田 功*

JAERI-Data/Code 2004-007, 45 Pages, 2004/03

JAERI-Data-Code-2004-007.pdf:5.63MB

トカマク型核融合装置では、離散的トロイダル磁場コイル(TFC)のつくるトロイダル磁場にリップルが存在して高速イオンの損失を招き、真空容器の損傷につながる。近年、強磁性体を用いてリップル損失を低減する手法が提案され、低放射化,高熱伝導率特性を併せ持った低放射化フェライト鋼の核融合炉への導入が検討されている。しかし実際の装置では、他機器との干渉のため、リップル低減に効果的なトロイダル対称性を持ったフェライトの設置が困難となる場合がある。また損失境界である第一壁形状がトロイダル対称性を持たない場合がある。このような理由から実機に即したリップル補正磁場中の高速イオン損失計算を行うためには、トロイダル非対称性を取り扱えることが望ましい。そこで、フェライト鋼によるリップル補正磁場を計算するFEMAG(FErrite generating MAGnetic field)コードの開発を進め、トロイダル非対称の場合でも全トーラス磁場の計算を高速で行えるようにした。さらにこの磁場データを基礎として、高速イオン損失を計算する軌道追跡モンテカルロコードOFMC(Orbit Following Monte Carlo)をトロイダル非対称性が取り扱えるように改良した。FEMAG/OFMCコードの使用方法,JFT-2M装置による実験結果の解析評価とトカマク国内重点化装置の設計検討への適用について報告する。

論文

JT-60U第一壁におけるトリチウム分布

正木 圭; 杉山 一慶*; 田辺 哲朗*; 後藤 純孝*; 飛田 健次; 三代 康彦; 神永 敦嗣; 児玉 幸三; 新井 貴; 宮 直之

日本原子力学会和文論文誌, 2(2), p.130 - 139, 2003/06

JT-60UのW型ダイバータ及び第一壁タイル内に残留したトリチウムをイメージングプレート法及び燃焼法により測定した。両者の測定結果は良い一致を示し、ドーム頂部で最もトリチウム濃度が高く、運転時の表面温度が高いダイバ-タ部では低い値を示した。タイル表面の堆積層の厚さを、走査型電子顕微鏡による断面観察により測定した結果、トリチウム分布と堆積層との相関は認められなかった。DD反応で生成される高エネルギートリトンの軌道損失を、軌道追跡モンテカルロコードで計算した結果、計算結果とイメージングプレート法及び燃焼法によるトリチウム分布の測定結果はよく一致した。また、計算結果と燃焼法測定結果との比較から、ダイバータターゲットタイルに取込まれたトリチウムは、タイル表面の温度上昇により放出されたことがわかった。これらのことから、JT-60Uのダイバ-タ及び第一壁タイルのトリチウム分布は、DD反応で生成される高エネルギートリトンのトロイダル磁場リップルによる損失を反映し、生成時のエネルギーが損失されずに壁に深く入射されていることがわかった。さらに、ダイバ-タタ-ゲットにおいては、タイル表面温度上昇の影響を受け、トリチウムが放出されていることがわかった。

報告書

フェライト磁場計算コードFEMAGの開発

浦田 一宏*

JAERI-Data/Code 2003-005, 36 Pages, 2003/03

JAERI-Data-Code-2003-005.pdf:2.96MB

将来の核融合装置の設計において、低放射化フェライト鋼をプラズマ対向材料、及びリップル低減デバイスとして使用することを計画している場合、プラズマに対する誤差磁場評価、及びリップル低減検討を行うために、フェライト磁場の計算が必要となる。しかし、フェライト鋼磁気特性(B-Hカーブ)の非線形性から収束計算が不可欠となるため、設計ツールとして要求される計算の高速実行は難しくなる。トカマク装置の特徴である強いトロイダル磁場中ではフェライトが磁気飽和することから、磁場源である磁荷分布を一意的に決定することができる。さらに実際に使用するフェライト板形状は薄板に限られ、またその薄板の配置がトロイダル磁場に沿うことからも、計算の高速化を図ることが可能となる。以上のようなトカマク装置特有の状況を活用することにより、高速なフェライト磁場計算コード「FEMAG」を開発した。本報告書は、「FEMAG」コードの定式化,「FEMAG」コードの使用法、及び「FEMAG」コードの妥当性検討(3次元有限要素法コードとの比較、及びJFT-2M装置における磁場実測値との比較による)を詳述したものである。計算実行例として、現在原研で計画を進めているJT-60改修装置設計における各種検討結果を示した。

論文

Tritium distribution in JT-60U W-shaped divertor

正木 圭; 杉山 一慶*; 田辺 哲朗*; 後藤 純孝*; 宮坂 和孝*; 飛田 健次; 三代 康彦; 神永 敦嗣; 児玉 幸三; 新井 貴; et al.

Journal of Nuclear Materials, 313-316, p.514 - 518, 2003/03

 被引用回数:52 パーセンタイル:95.25(Materials Science, Multidisciplinary)

トリチウム残留量の評価及び吸蔵過程の解明のために、JT-60U W型ダイバータタイルにおけるトリチウム分布を、イメ-ジングプレ-ト技術(TIPT)及び燃焼法により測定した。その結果、発生したトリチウムの約10%がダイバータ領域に残留し、そのトリチウム濃度は、ドーム頂部及び外側バッフル板タイルで高く($$sim$$60 kBq/cm$$^{2}$$)、ダイバータターゲットタイルでは低かった($$sim$$2 kBq/cm$$^{2}$$)。DD反応で生成されるトリトンの粒子軌道計算の結果、第一壁及びダイバータタイルに打ち込まれるトリトンの粒子束分布は、TIPT及び燃焼法で得られたポロイダル分布結果と一致した。また、このトリチウム分布は、測定された再堆積層の分布状態との相関は認められなかった。これらの結果から、JT-60Uでのトリチウム分布は、プラズマ中におけるトリトンの粒子損失を反映していることがわかった。

論文

Energetic particle experiments in JT-60U and their implications for a fusion reactor

飛田 健次; 草間 義紀; 篠原 孝司; 西谷 健夫; 木村 晴行; Kramer, G. J.*; 根本 正博*; 近藤 貴; 及川 聡洋; 森岡 篤彦; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.315 - 326, 2002/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:50.19(Nuclear Science & Technology)

リップル損失とアルフヴェン固有モード(AEモード)を中心にJT-60Uにおける高エネルギー粒子実験の成果をまとめ、これらに基づいて核融合炉への展望を考察した。プラズマ表面でのリップル率が増加するにつれ、中性粒子入射(NBI)イオン,及び核融合生成トリトンの著しい損失を観測し、その損失は負磁気シアで顕著になることを明らかにした。リップル損失による第一壁への熱負荷は軌道追跡モンテカルロコードの予測と良く一致することを示した。イオンサイクロトロン(ICRF)少数イオン加熱及び負イオン源NBI(N-NBI)加熱時に多くのAEモードを観測した。観測した大部分のモードはギャップモードであり、これらからTAE,EAE,NAEモードを同定した。N-NBI加熱時にはバースト状のAEモードが発生することがあることを見出した。このとき不安定周波数の掃引現象が観測され、ビームイオン損失は25%に達することもある。リップル損失や高エネルギー粒子の加熱に関するこれらの研究では、高エネルギー粒子の振る舞いが古典理論または新古典理論で説明できることを明らかにし、核融合炉における高エネルギー粒子の特性を既存理論で定量的に予測できることを示した。AEモードに関しては、実験により核融合炉で起こりうるAEモードの定性的評価を可能にした。

論文

球状トーラスにおける高エネルギー粒子

飛田 健次

電気学会研究会資料,プラズマ研究会(PST-01-73), p.43 - 46, 2001/09

トカマクと比較しながら、球状トーラスにおける高エネルギー粒子の挙動をまとめた。本稿は、高エネルギー粒子の新古典輸送,リップル損失,アルフヴェン固有モード,及び電磁流体的不安定性による以上輸送について扱っている。球状トーラスは、新古典輸送,リップル損失に関してはトカマクより優れる性質を示すと考えられる。しかし、$$alpha$$粒子の$$beta$$値及び対アルフヴェン速度が極めて高いことから、アルフヴェン固有モードの不安定化,及びそれに伴う粒子損失が懸念される。

論文

自由界面波上に発生するリップルの非定常運動に関する研究

関 紘介*; 辻 義之*; 近藤 昌也; 久木田 豊*

日本機械学会2001年度年次大会講演論文集, p.9 - 10, 2001/00

重力波の上に重畳したリップルの挙動をウェーブレットを用いた時間周波数解析によって評価した。界面波の形状は固定された屈折式レーザー液面計によって測定した。リップルは重力波の山から見て進行方向の側に生じるため、時間周波数解析を用いて、リップルのある側とない側のパワースペクトルを求めた。そして、その結果をより重力波とリップルのエネルギーを求め、重力波とリップルがほぼ同期してエネルギーの増減を繰り返しつつ伝播していることを明らかにした。また、重力波の先端付近の形状を時間周波数解析し、リップルの形状が重力波の先端付近の形状(尖度)と密接な関係にあることを明らかにした。

論文

Triton burnup measurements using scintillating fiber detectors on JT-60U

西谷 健夫; 磯部 光孝*; G.A.Wurden*; R.E.Chrien*; 飛田 健次; 草間 義紀; 原野 英樹*

Fusion Engineering and Design, 34-35, p.563 - 566, 1997/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:75.78(Nuclear Science & Technology)

ロスアラモス研との協同研究により、シンチレーションファイバーを利用した14MeV中性子検出器を開発し、JT-60Uの重水素プラズマ中で発生したトリトンの燃料で二次的に放出される14MeV中性子の測定を行った。NBI実験時の14MeV中性子強度の時間変化を、古典的減速理論に基づいて解析することにより、高速トリトンの拡散係数を0.05~0.15m$$^{2}$$/sと評価した。またその値は、トロイダルリップル率に伴って増加することを示した。またICRF加熱時に発生するTAE不安定性では、周辺部の高速トリトンが損失することが観測された。

論文

Triton burn-up study in JT-60U

西谷 健夫; Hoek, M.; 原野 英樹*; 磯部 光孝*; 飛田 健次; 草間 義紀; Wurden, G. A.*; Chrien, R. E.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 38(3), p.355 - 364, 1996/03

 被引用回数:31 パーセンタイル:71.28(Physics, Fluids & Plasmas)

新たに開発したシンチレーションファイバ検出器を使用し、トリトン燃焼の時間変化の測定を行った。NBI停止後の14MeV中性子発生率を古典的減速理論に基づいた計算によって解析した結果、高速トリトンの拡散係数は0.05~0.15m$$^{2}$$/sであり、かつトロイダルリップル率とともに増加することが解った。またショット平均のトリトン燃焼率は0.3~2%であり、小半径、内寄せプラズマ(高$$beta$$$$_{p}$$配価)の方が大きい傾向にあることが解った。

報告書

Effect of ion $$nabla$$B drift direction on ripple-induced fast ion loss in JT-60U

磯部 光孝*; 飛田 健次; 西谷 健夫; 草間 義紀; 笹尾 真実子*

JAERI-Research 96-005, 11 Pages, 1996/02

JAERI-Research-96-005.pdf:0.46MB

JT-60Uの上下非対称なリップル井戸領域を持つ配位において、トロイダル磁場の向きを変えることにより、イオン$$nabla$$Bドリフト方向の違いが高速イオンのリップル損失に与える影響を調べた。高速イオンの損失は、短パルスの重水素中性粒子ビーム(90keV)停止後の中性子発生率の減衰時間から評価した。イオンの$$nabla$$Bドリフト方向が上向きの場合と下向きの場合の中性子減衰時間を比較した結果、有意な差は現れなかった。磁場リップル井戸が上下非対称な配位において、高速イオンのリップル損失はイオン$$nabla$$Bドリフト方向に依存しないことがわかった。

論文

Triton burnup study in JT-60U

西谷 健夫; M.Hoek*; 原野 英樹*; G.A.Wurden*; R.E.Chrien*; 磯部 光孝*; 飛田 健次; 草間 義紀

22nd European Physical Society Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics,Vol. 19C,Part II, 0, p.2.061 - 2.064, 1995/00

ロスアラモス研究所との協力により、シンチレーションファイバを使用した中性子検出器をJT-60Uに取り付け、DDプラズマ中で、トリトン燃焼により発生する14MeV中性子の時間変化を10msの時間分解能で測定することに成功した。NBI停止後、14MeV中性子強度は指数関数的に減衰し、その時定数は典型的な高$$beta$$p配位において400~500msであり、古典的減速理論に基づく解析を行った結果、拡散係数として~0.05m$$^{2}$$/sが得られた。講演では、トリトン燃焼に与えるリップル損失の効果及びMHD不安定性の効果についても述べる予定である。

論文

Plasma simulator METIS for tokamak confinement and heating studies

竹田 辰興; 谷 啓二; 常松 俊秀; 岸本 泰明; 栗田 源一; 松下 智*; 中田 登志之*

Parallel Computing, 18, p.743 - 765, 1992/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:47.64(Computer Science, Theory & Methods)

核融合炉開発計画に必要な理論的データベースを充実するためにプラズマ・シミュレータMETISが設計されプロトタイプ・プラズマ・シミュレータProtoMETISが製作された。METISは250台のプロセッサ要素からなる分散メモリ型MIMDタイプ並列計算機として設計されトカマク・プラズマの非線形MHD挙動および磁場リップルによるアルファ粒子損失の計算を行うよう最適化されている。ProtoMETISを用いて、上記問題に対するMETIS構成の性能を評価して満足すべき結果を得た。また、自由電子レーザーのシミュレーション及びトカマク・プラズマのMHD平衡計算もプラズマ・シミュレータ上で効率よく実行できることが確認できた。

論文

Rippled pattern of image in HVEM irradiated nickel

佐々木 茂美; 實川 資朗; 岩田 忠夫; 菱沼 章道

Japanese Journal of Applied Physics, 25(12), p.L964 - L966, 1986/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Applied)

照射によって金属中に導入される点欠陥集合体の形成のメカニズムを知ることを目的として、ニッケルの電子線照射を超高圧電子顕微鏡を用いて行なった。その結果、420kの温度での照射で、これまでに見出されている格子間原子型転位ループおよびその近傍に生ずる積層欠陥四面体とは独立に、新たな変調構造が見出された。この変調構造は観察に用いた反射ベクトル(〔200〕反射)にほぼ直角でおよそ50ナノメートル間隔の縞模様から成っている。簡単な考察から、この縞模様は原子置換衝突によって電子入射面近傍に生じた原子空孔過剰層に数十ナノメートルの間隔で形成された小さな原子空孔型転位ループに由来することが推論される。

報告書

Magnetic Structure of Poloidal Divertor Configuration with Non-Axisymmetric Perturbed Field in JT-60

吉田 英俊; 岸本 浩; 山本 新; 仙石 盛夫; 安積 正史; 滝塚 知典; 二宮 博正; 田村 早苗

JAERI-M 9789, 28 Pages, 1981/11

JAERI-M-9789.pdf:0.64MB

トロイダル・リップル磁場やポロイダル磁場コイルの据付誤差によるエラー磁場などの非軸対称な磁気揺動の影響下でのJT-60のダイバータ配位の磁気構造を数値的に検討した。これらの磁気揺動により、セパラトリックス近傍にエルゴディック層が形成され、それらはスクレープオフ層を拡げるとともに、境界プラズマから粒子を磁力線に沿って流出させる可能性について論じた。

報告書

トカマクにおける径電界の振舞と不純物輸送についての理論的研究

津田 孝

JAERI-M 8750, 92 Pages, 1980/03

JAERI-M-8750.pdf:2.09MB

軸対称トーラス中のプラズマが持つ角運動量保存の性質を用いて、径方向電界の振舞と不純物イオンの輸送について調べた。さらに、軸対称性の破れが径電界の振舞に与える影響や不純物イオンのリップル拡散について解析した。

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