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論文

Electron density behavior during fast termination phase of post-disruption runaway plasma

河野 康則; 仲野 友英; 朝倉 伸幸; 玉井 広史; 諫山 明彦; 近藤 貴; 波多江 仰紀; 竹永 秀信; 井手 俊介

プラズマ・核融合学会誌, 81(10), p.743 - 744, 2005/10

ディスラプションにより発生する逃走電子プラズマが急速に消滅する際の特性理解を目的として、JT-60Uにおいて、接線炭酸ガスレーザ干渉計を用いた電子密度計測を行った。その結果、1回目の逃走電子電流急速減衰時には、直後に電子密度が急増することを観測した。また、2回目の急速減衰時には、電子密度が周期約1ミリ秒のスパイク状電子密度変動を伴い増加する場合があることを見いだした。このとき、増加した電子密度により電流減衰が速まっている可能性が示唆された。

論文

Role of bremsstrahlung radiation in limiting the energy of runaway electrons in Tokamaks

Bakhtiari, M.; Kramer, G. J.*; 武智 学; 玉井 広史; 三浦 幸俊; 草間 義紀; 鎌田 裕

Physical Review Letters, 94(21), p.215003_1 - 215003_4, 2005/06

 被引用回数:35 パーセンタイル:18.58(Physics, Multidisciplinary)

トカマクにおいて発生する逃走電子の制動輻射は逃走電子の最大エネルギーを制限することがわかった。逃走電子の取りうる最小、及び最大のエネルギーはそれぞれ衝突と制動輻射によって決められている。さらに、キセノンのような高Zガスを入射することによって、ディスラプションによって励起された逃走電子電流を逃走電子が第一壁に到達する前に停止しうることがわかった。

論文

Study of plasma termination using high-Z noble gas puffing in the JT-60U tokamak

Bakhtiari, M.; 玉井 広史; 河野 康則; Kramer, G. J.*; 諫山 明彦; 仲野 友英; 神谷 健作; 芳野 隆治; 三浦 幸俊; 草間 義紀; et al.

Nuclear Fusion, 45(5), p.318 - 325, 2005/05

 被引用回数:37 パーセンタイル:19.76(Physics, Fluids & Plasmas)

これまで、われわれは、大量の水素ガスと小量のアルゴンガスを組合せて注入することにより、ディスラプション緩和のためにトカマク放電を急速にまた逃走電子の発生を回避しつつ停止することが可能であることを示している。今回は、アルゴンに加えて他のガス種を用いた同様の実験を実施した。具体的には、アルゴンガス,クリプトンガス,キセノンガスのそれぞれについて水素ガス注入の有る無しのケースをディスラプション緩和効果の観点から比較した。その結果、どのガス種についても、水素ガスと合わせて注入した場合には、水素ガス無しの場合と比べて逃走電子の発生が少なくまた放電停止がより早くなることを観測した。また、中でもクリプトンガス注入が(水素ガスの有る無しにかかわらず)、ダイバータ板への熱負荷低減や逃走電子の発生回避に最も効果的であったことから、放電停止のために用いるガス種の良い候補としてクリプトンが考えられることを見いだした。

論文

Fast thermal shutdown of tokamak discharges without runaway electron avalanching

Bakhtiari, M.; 芳野 隆治; 西田 靖*

Fusion Science and Technology, 41(2), p.77 - 87, 2002/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:56.03(Nuclear Science & Technology)

トカマク装置のディスラプションは、閉じ込め磁場のひとつであるプラズマ電流が急激に消滅する現象であり、電磁力と熱及び生成される高速電子によるエロージョン等により、装置に大きなダメージを与える。その一方で、装置にダメージを与えることなく、制御してプラズマを緊急停止することも必要である。本論文では、重水素あるいは重水素と不純物の混合したものを入射することにより、プラズマ温度を緊急に減少させる手法について検討した。この時、高速電子生成を避けるために、温度低下を50eV程度に制限することで一周電圧(電界)上昇を制限し、入射すべき重水素あるいは重水素と不純物の量と、その時間を計算した。実際の緊急停止では、短時間に多くの粒子をプラズマ中心まで入射する必要があるのでペレット入射などの手法を用いる必要がある。

論文

カオスにおける相対論的効果; トカマクにおける逃走電子の損失機構

徳田 伸二; 樋口 高年*; 鈴木 宜之*

プラズマ・核融合学会誌, 77(12), p.1180 - 1220, 2001/12

巨視的な磁場揺動の存在するトカマクにおける電子の相対論的運動を数値的に解析した。相対論的運動が引き起こすストカスティシティは、いわゆる、位相平均効果を上回り、ディスラプション時に逃走電子が発生することを回避・抑制する有効な損失機構となる。一方、いわゆるKAM領域にある電子はRunaway-snakeとして観測される。

論文

Characterization of disruption phenomenology in ITER

芳野 隆治; D.J.Campbell*; E.Fredrickson*; 藤沢 登; N.Granetz*; Gruber, O.*; T.C.Hender*; D.A.Humphreys*; N.Ivanov*; S.Jardin*; et al.

Fusion Energy 2000 (CD-ROM), 4 Pages, 2001/05

ITER物理R&Dの専門家会合においてまとめたディスラプションの諸特性(熱消滅、電流消滅、ハロー電流、逃走電子、ディスラプション頻度、等)のデータベース群とそれに基づくITERでのディスラプション特性の予測を示す。加えて、最近、顕著な研究成果の得られているディスラプションの回避・緩和の研究について報告する。

論文

Simulation study on collisionless loss of runaway electrons by magnetic perturbations in a tokamak

徳田 伸二; 芳野 隆治

Nuclear Fusion, 39(9), p.1123 - 1132, 1999/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:45.65(Physics, Fluids & Plasmas)

シミュレーションによって、ディスラプション時に予想される幅をもつ磁気島は相対論的電子の無衝突損失を引き起こし、その損失率は逃走電子発生を回避・抑制するのに十分に高いことが確認された。これは、ディスラプション時の磁場揺動に対しては、トロイダル運動量保存の破れによる閉じ込め損失が相対論的電子に働く位相平均効果による閉じ込め改善を上回るためである。このシミュレーション結果は、逃走電子発生を回避するプラズマ緊急停止に関するJT-60U実験結果に対して強い裏付けを与える。

論文

ITER physics basis, 3; MHD stability, disruptional limits and disruptions

ディスラプション・プラズマ制御・MHDグループ

Nuclear Fusion, 39(12), p.2251 - 2389, 1999/00

ITERの設計建設のために必要なトカマクプラズマのMHD安定性、ディスラプション特性、運転限界についての物理基準を示した。日、米、露、欧の4極の専門家グループを中心に世界中のITER物理R&Dの成果をレビューした。MHD安定性では、理想MHD、壁による安定化効果、抵抗性壁モード、鋸歯状振動、新古典ティアリングモード、エラー磁場不安定性、ELM等についての特性を示した。ディスラプションでは、熱消滅、プラズマ電流消滅、垂直位置移動現象(VDE)、ハロー電流、逃走電子、ディスラプション頻度の各特性をレビューし、ITERの設計基準に反映した。運転限界では、密度限界、$$beta$$値限界等についてレビューし、炉心プラズマとして安定な性能が得られる領域を示した。

報告書

Numerical simulation of runaway electron effect on plasma facing components

江里 幸一郎*; 鈴木 哲; 功刀 資彰*; 秋場 真人

JAERI-Research 98-033, 35 Pages, 1998/07

JAERI-Research-98-033.pdf:1.37MB

逃走電子入射によりプラズマ対向機器(PFC)が受ける影響を解析的に評価した。本研究では、物質内の電子・光子輸送を取り扱うモンテカルロ法と熱解析を行う有限要素法からなる解析コード群を開発し、従来取り扱えなかった逃走電子入射時のPFC内の非定常温度解析を可能にした。本研究では、ITER/EDAにおける逃走電子入射条件を用いた。この条件下では、CFCアーマを持つダイバータ表面における逃走電子入射による損傷は発生しないと考えられるが、タングステンアーマを持つダイバータ及びベリリウムアーマを持つ第一壁ではそれぞれ、20、50MJ/m$$^{2}$$程度の入射エネルギー密度で表面が溶融する可能性が本解析により示された。しかしながら、これらの逃走電子入射条件下では、従来懸念されていた熱シンクの溶融や冷却管のバーンアウトが発生しないと考えられる。

論文

Fast plasma shutdown by killer pellet injection in JT-60U with reduced heat flux on the divertor plate and avoiding runaway electron generation

芳野 隆治; 近藤 貴; 閨谷 譲; 伊丹 潔; 河野 康則; 伊世井 宣明

Plasma Physics and Controlled Fusion, 39(2), p.313 - 332, 1997/02

 被引用回数:92 パーセンタイル:5.85(Physics, Fluids & Plasmas)

キラーペレットは、不純物ペレットのことであり、トカマク装置に損傷を与えずに放電を急速に停止することを目的として、プラズマ中に入射される。JT-60Uでは、ネオンの氷ペレットをプラズマに入射し、(1)垂直位置移動現象の回避、(2)ダイバータ板への熱負荷の低減、(3)逃走電子の発生回避の3つを同時に達成しつつ、高速のプラズマ停止を得ることに成功した。・垂直位置移動現象は、プラズマ電流中心の初期値を中立平衡点の近傍に置くことで回避できた。・ダイバータ板への熱負荷の低減は、熱流束パルスの高さと時間幅を小さくすることで実現した。・逃走電子の発生は、磁場揺動の高い条件を得ることにより回避できた。以上の結果は、キラーペレットの入射が、安全な高速のプラズマ停止を得る有効な手段であることを示している。

論文

Low electric field (0.08V m$$^{-1}$$) plasma-current start-up in JT-60U

芳野 隆治; 関 正美

Plasma Physics and Controlled Fusion, 39(1), p.205 - 222, 1997/01

 被引用回数:28 パーセンタイル:29.88(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、ヘリウム初期ガスとLHRF加熱を併用することにより、0.08V/m$$^{-1}$$(1.7V)の低電圧(低ループ電圧)でのプラズマ着火を達成した。1.5~3.0$$times$$10$$^{-6}$$Torr(2-4$$times$$10$$^{-4}$$Pa)と低い初期ガス圧にもかかわらず、逃走電子は発生していない。LHRF加熱では、初期電離を起こしていないが、放射障壁を通過する時間を短くし、それにつづく30kA以下でのプラズマ電流立上げを安定化した。その結果として、35kAから1MAまで、1.8V以下で、0.2MA/sの電流立上げを実現した。ヘリウム初期ガスは、プラズマ着火電圧を低減するとともに、プラズマ着化を安定化するため、ITERの着火条件を緩和するのに有効である。

論文

Plasma control experiments in JT-60U

芳野 隆治; JT-60チーム

Proc. of 36th IEEE Conf. on Decision and Control, 4, p.3709 - 3714, 1997/00

JT-60Uにて実証したプラズマ制御実験について示す。(1)定常・非定常状態における多変数非干渉制御によるプラズマ位置・形状の能動制御。(2)消滅速度の遅いプラズマ電流消滅における、能動的なプラズマ位置・形状制御によるプラズマと壁の相互作用の回避。(3)プラズマ電流消滅時に大半のプラズマ電流が高速の電子(逃走電子)で駆動される場合のプラズマ電流の低減とプラズマ位置・形状制御。(4)消滅速度の速いプラズマ電流消滅における、受動的に真空容器等に流れるトロイダル渦電流を用いたプラズマ位置制御(中立平衡点にプラズマの電流中心を設定すれば位置移動が発生しない。)(5)DD核融合反応で発生する中性子の発生率のフィードバック制御などの試み。

論文

Disruption amelioration experiments in JT-60U and JET

芳野 隆治; 閨谷 譲; 伊世井 宣明; 小出 芳彦; 河野 康則; A.Tanga*; D.J.Campbell*; M.F.Johnson*; L.Rossi*

IAEA-CN-60/A5-8, 0, p.685 - 695, 1995/00

主ディスラプションは、トカマク型核融合炉を開発する上で大きな問題であり、大型トカマク装置JT-60UとJETでは、主ディスラプションの緩和を目的とした研究を進めてきている。本論文は、これら両装置における最新の実験成果について報告し、ITERなどの大型トカマク炉におけるディスラプション回避とその緩和策について指針を与えることを目的としている。特に、以下の3点についての実験結果を示す。(1)主ディスラプションの緩和と回避(2)プラズマ電流クウェンチ中の垂直位置不安定性と逃走電子の抑制(3)ロックモードディスラプションの回避

論文

Runaway electron effects

H.-W.Bartels*; 功刀 資彰; A.J.Russo*

Atomic and Plasma-Material Interaction Data for Fusion, Vol. 5, 0, p.225 - 244, 1994/00

本論文は、IAEAのAtomic and Plasma-Material Interaction Data for Fusionのシリーズ第5巻に特集されるMaterial properties data compendium for fusion reactor plasma facing componentsに寄稿されたものであり、核融合炉プラズマディスラプション時に発生する可能性のある逃走電子(Runaway Electron)のプラズマ対向壁への影響について、これまで実施された研究の成果をレビューしたものである。

論文

Effects of runaway electrons on plasma facing components

功刀 資彰

Fusion Engineering and Design, 23, p.329 - 339, 1993/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:70.25

核融合炉ディスラプション時の逃走電子によるプラズマ対向機器へのエネルギー沈着量を評価するため、電子光子輸送コードEGS4に磁場効果を加えた逃走電子シミュレーションを実施した。炭素層及びMo層から成る単純モデルに対し、運動エネルギー10~300MeV、入射角0.5゜~25゜で照射された逃走電子の磁場下での挙動を追跡し、材料内でのエネルギー沈着量を評価した。その結果、磁場を考慮したことによる沈着量の増加は、Mo層内で約8倍にも達し、逃走電子解析における磁場効果の重要性が示された。しかし、電子エネルギーが100MeV以上では、エネルギーの大きさ及び入射角度の影響は殆ど無いこと及び磁場の傾斜角度の影響も本解析範囲内では顕著でないことが分かった。ITER/CDAの3種ダイバータについても磁場の存在により電子が深く侵入するため、冷却管への高い沈着がみられダイバータ材料及び構造の改善の必要性が示された。

論文

Softening of Current quenches in JT-60U

芳野 隆治; 閨谷 譲; 細金 延幸; S.W.Wolfe*; 松川 誠; 二宮 博正

Nuclear Fusion, 33(11), p.1599 - 1612, 1993/00

 被引用回数:32 パーセンタイル:27.75(Physics, Fluids & Plasmas)

ディスラプションにおける、プラズマ電流低減速度の緩和(低速化)と、逃走電子の抑制に関わる一般的手法の開発を目的として、JT-60Uダイバータプラズマにおける電流クウェンチを調べた。その結果、1)エネルギークウェンチ時の不純物発生の軽減、2)その不純物の主プラズマへの混入の抑制、及び、3)電流クウェンチ時の電子温度の高温化が、プラズマ電流低減速度を緩和するのに有効であることを明らかにした。具体的な手法としては、エネルギークウェンチ直前の蓄積エネルギーを下げることにより、不純物発生量を低減できること、実効安全係数を増大することにより、不純物の主プラズマへの混入を抑制できること、さらに、電流クウェンチ時のNB加熱により、電子温度の低減を抑制できることを示した。一方、逃走電子の発生は、エネルギークウェンチ直前の電子密度を増大することにより、回避できることを明らかにした。以上の結果を用いて、-6MA/sのプラズマ電流の急速低減を実証した。

論文

EGS4を用いた核融合炉ダイバータへの逃走電子エネルギー沈着解析

功刀 資彰; 秋場 真人; 小川 益郎; 佐藤 理*; 中村 充志*

KEK-PROC-92-16, p.56 - 63, 1992/12

EGS4(Electron Gamma Shower,Ver.4)はスタンフォード線形加速器センター(SLAC)を中心に開発・発展してきた高エネルギー物理分野のモンテカルロ法による電子光子輸送コードである。一方、核融合炉のプラズマディスラプション時には、逃走電子(Runaway Electrons)が発生し、プラズマ対向機器(PFC)内へ入射、散乱して、大きな体積発熱を生ずる。この発熱がPFCの熱構造上の問題となっている。そこで、この逃走電子によるエネルギー沈着解析にEGS4を適用し、単純な形状でのベンチマーク及びITER候補ダイバータ構造での予備解析結果を報告する。EGS4の核融合分野への適用は初めてであると共に、逃走電子解析自体も世界的に数例しか報告されておらず、本コード開発・適用の工学的意義は大きい。

論文

The Simulation of the energy deposition from runaway electrons in plasma facing components with EGS4

功刀 資彰; 秋場 真人; 小川 益郎; 佐藤 理*; 中村 充志*

Fusion Technology, 21, p.1868 - 1872, 1992/05

核融合炉ディスラプション時における逃走電子によるプラズマ対向機器へのエネルギー沈着量を評価するため、電磁カスケードコードEGS4(Electron Gamma Shower, ver.4)を用いたモンテカルロシミュレーションを実施した。プラズマ対向機器構造材として、炭素アーマを持つモリブデン構造を想定し、10~300MeVの運動エネルギーを持つ逃走電子が0.5°~25°で材料に入射する場合を解析し、CERNで開発された同種コードである。GEANT3の結果と比較検討した。その結果、EGS4はGEANT3に比べ、炭素及びモリブデン両層で高いエネルギー沈着を示すこと、また炭素-モリブデン界面で低いピーク沈着エネルギーを示すことが分かった。さらに、本コードをITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)で提案されている3種類のダイバータ構造に適用し、運動エネルギー300MeV、入射角0.5°の場合の解析結果を示した。

論文

Role of runaway electrons in the formation of arcing on the electrically isolated target in tokamak

山本 新; 下村 安夫; 大麻 和美; 木村 晴行; 仙石 盛夫; 小田島 和男; 松田 俊明; 松本 宏; 大塚 英男; 前田 彦祐

Journal of the Physical Society of Japan, 48(3), p.1053 - 1054, 1980/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:32.04(Physics, Multidisciplinary)

DIVA(JFT-2a)トカマク装置において得られたアーク現象についての実験結果にもとづいて、トカマクにおける電気的に絶縁された金属板上でのアーク形成に対する逃走電子の役割について述べた。 トカマク装置においては、逃走電子が、電気的に絶縁された金属板上に、アークを形成するのに充分な負の加速電圧をプラズマに対して発生させるとともに、発生したアークを持続させるに必要な電流を供給することができると考えられることを示した。 このモデルは、最近のJFT-2での詳細なるアークの発生に関する実験により実証された。

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