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論文

Axisymmetric MHD simulation of ITB crash and following disruption dynamics of tokamak plasmas with high bootstrap current

武井 奈帆子; 中村 幸治; 河野 康則; 筒井 広明*; 小関 隆久; 飛田 健次; 杉原 正芳; 飯尾 俊二*; 嶋田 隆一*; Jardin, S. C.*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.6, p.554 - 557, 2004/00

核融合炉の成立性にとって重要な課題の1つである、炉心級高ベータプラズマのディスラプション緩和の観点から、内部輸送障壁(ITB)を持つ高ベータ負磁気シアプラズマにおけるディスラプション挙動の解明が必要である。本研究では、高ベータ負磁気シアプラズマについて、ITBで大幅に閉じ込め改善された領域がディスラプションによって崩壊する過程をTSCシミュレーションにより模擬した。その結果、ITBの崩壊直後には、ITBのあった領域の自発電流が急減し、それに伴い誘導電場が急増するが、誘導電流及びq分布にはほとんど変化が見られないことがわかった。このような、ITB崩壊による自発電流の消滅,誘導電場の成長及び拡散機構,それに伴う誘導電流分布の変化など、プラズマ内部の分布構造の詳細を明らかにした。また、JT-60Uの高性能負磁気シア放電のディスラプションにおいて観測されている、速い電流消滅現象の背景機構について議論した。

論文

TSC modelling of current ramp scenarios with ITB-Generated bootstrap currents in JT-60U reversed shear discharges

中村 幸治; 筒井 広明*; 武井 奈帆子*; 坂本 宜照; 藤田 隆明; 杉原 正芳; 小関 隆久; 飛田 健次; 小西 哲之; 飯尾 俊二*; et al.

Europhysics Conference Abstracts, 27A, 4 Pages, 2003/00

先進運転シナリオの有力なトカマク配位である負磁気シア・プラズマの放電立上げと長時間維持のための制御モデルを構築する観点から、TSCコードに内部輸送障壁(ITB)で発生する自発電流モデルを組み込み、そのシミュレーション機能を拡張した。ITBの強さと幅はプラズマ圧力分布の関数形をあらかじめ指定し、ITB脚の位置を、常にモニターした磁気シア反転の規格化半径($$rho$$$$_{qmin}$$)に応じて連動させた。まず、高い割合の自発電流で駆動されたJT-60U負磁気シア・プラズマについて、その典型的な電流立上げ実験の様子をほぼ完全な実配位のシミュレーションによって再現し、ITBと自発電流の数値モデルの妥当性を検証した。高ベータ化を図るうえで、ITB規格化半径を可能な限り拡大($$rho$$$$_{qmin}$$$$>$$0.5)させることが求められるが、負磁気シア・プラズマでは、誘導電流がプラズマ中心部へ浸透したり非誘導的な自発電流や外部駆動電流の分布に応じて電流分布が大きく変化する。このため、ITBの領域拡大に関する外部制御の方法を調べた。また、将来の核融合炉では超電導コイルの交流損失を低減する技術的な制約があるため、現在JT-60Uで行われている$$sim$$0.6MA/s程度の電流立上げ速度をできる限り遅くしつつ($$sim$$0.2MA/s),低$$rho$$領域に導くMHD的にも安定なプラズマ立上げシナリオを探った。さらに、シミュレーションによる電流や電場の詳細分布を示し、ITBの構造や磁気シア反転位置などの条件によってはプラズマ電流立上げの際、電流ホールが形成されることを示した。

論文

トカマクのディスラプションにおける垂直移動現象(VDEs: Vertical Displacement Events)回避研究の現状

中村 幸治

プラズマ・核融合学会誌, 77(9), p.843 - 856, 2001/09

ディスラプションを無害化するうえで重要な、プラズマ対向機器の損傷と深く関わっている垂直移動現象(VDE: Vertical Displacement Event)の研究について、現状を解説した。まず、VDEがハロー電流の発生と深く関わるディスラプションの主要現象であることを述べている。さらに最近、VDEの発生機構が明らかにされ、またVDE回避に有利な中立平衡点と呼ぶプラズマ配置がJT-60Uで見つかったことを述べている。同時に、原研とAlcator C-ModやASDEX-upgradeとの間で、VDE回避に関する国際協力関係が進んでいることにふれ、今後期待されるVDE回避の研究について、将来を展望している。

論文

VDE characteristics during disruption process and its underlying acceleration mechanism in the ITER-EDA tokamak

中村 幸治; 西尾 敏; 芳野 隆治; C.E.Kessel*; S.C.Jardin*

プラズマ・核融合学会誌, 72(12), p.1387 - 1396, 1996/12

TSCコードを用いてITER-EDAトカマクにおけるディスラプション時のVDE挙動とその加速機構を調べた。ITERトカマクでは、急激な$$beta$$$$_{p}$$コラプスが生じてもVDEが発生しないことを示した。$$beta$$$$_{p}$$コラプスに続いて生じるプラズマ電流クエンチによって引き起されるVDEは、プラズマに作用する上下の不平衡電磁力が主因であること、さらに、ITERの工学設計の標準配置において、この不平衡電磁力が小さいことを明らかにした。これらの機構解明によって、ITERでは急激なVDEが発生しないことを示した。

論文

$$beta$$$$_{p}$$-collapse-induced vertical displacement event in high $$beta$$$$_{p}$$ tokamak disruption

中村 幸治; 芳野 隆治; N.Pomphrey*; S.C.Jardin*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 38(10), p.1791 - 1804, 1996/10

 被引用回数:17 パーセンタイル:53.01(Physics, Fluids & Plasmas)

抵抗性シェルを有する、縦長断面、高ベータトカマクにおいて、強いベータ崩壊が発生すると極めて速い垂直移動現象(VDE)が生じることをトカマクシミュレーションコードを用いた計算機シミュレーションを通じて示した。低ベータトカマクにおけるVDEの主因であるプラズマ電流崩壊が観測されなかったにもかかわらず、観測されたVDEの成長率($$gamma$$~655sec$$^{-1}$$)は通常の位置不安定性の成長率($$gamma$$~149sec$$^{-1}$$)のおおよそ5倍であった。本VDE発生の基本機構として、安定指数n$$_{s}$$の減少に加えて、さらにn指数が突然大きく悪化するために位置不安定性が大きく不安定化するためであることを明らかにした。シェルの幾何学的配置がVDE挙動を特徴付けること、VDEの成長率がベータ崩壊の規模および崩壊が起こる前のn指数に強く依存することを示した。

論文

Acceleration mechanism of vertical displacement event and its amelioration in tokamak disruptions

中村 幸治; 芳野 隆治; N.Pomphrey*; S.C.Jardin*

Journal of Nuclear Science and Technology, 33(8), p.609 - 619, 1996/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:40.53(Nuclear Science & Technology)

非円形トカマクのディスラプション放電において頻繁に観測されている垂直移動現象(VDE)をトカマクシミュレーションコードを用いて調べた。プラズマ圧力の急減($$beta$$$$_{p}$$崩壊)やこれに引き続いて起こるプラズマ電流のクエンチ(I$$_{p}$$クエンチ)などのディスラプション現象が、VDEを安定化すると考えられていた抵抗性シェルによって不安定化作用を生じ、この逆効果を通じてVDEを加速することを示した。I$$_{p}$$クエンチが上下非対称なシェルを有するトカマクで生じると、垂直方向にアンバランスな吸引力が生じ、これによって更にVDE加速が起こることを示した。シェルの幾何学的配置がVDE挙動を特徴付けること、VDEの成長率が$$beta$$$$_{p}$$崩壊の規模、I$$_{p}$$クエンチの速度、更にディスラプション直前の外部磁場のn指数に強く依存することを示した。JT-60Uの実験において、ディスラプションが起こる前のプラズマ垂直位置を最適化することで、I$$_{p}$$クエンチ駆動型のVDEを緩和することに成功した。

報告書

Extremely fast vertical displacement event induced by a plasma $$beta$$$$_{p}$$ collapse in high $$beta$$$$_{p}$$ tokamak disruptions

中村 幸治; 芳野 隆治; N.Pomphrey*; S.C.Jardin*

JAERI-Research 96-023, 15 Pages, 1996/05

JAERI-Research-96-023.pdf:0.79MB

抵抗性シェルを有する、縦長断面、高ベータトカマクにおいて、強い$$beta$$$$_{p}$$崩壊が生じると極めて速い垂直移動現象(VDE)が発生することをトカマクシミュレーションコードを用いた計算機シミュレーションを通じて示した。低ベータトカマクにおけるVDEの主因であるプラズマ電流崩壊が観測されなかったにもかかわらず、観測されたVDEの成長率($$gamma$$~655sec$$^{-1}$$)は通常の位置不安定性の成長率($$gamma$$~149sec$$^{-1}$$)のおおよそ5倍であった。本VDE発生の基本機構として、安定指数n$$_{s}$$の減少に加えて、さらにn指数が突然大きく悪化するために位置不安定性がさらに不安定化するためであることを示した。シェルの幾何学的配置がVDE挙動を特徴付けること、VDEの成長率が$$beta$$$$_{p}$$崩壊の規模および崩壊が起こる前のn指数に強い依存することを示した。

論文

Mechanism of vertical displacement event in JT-60U disruptive discharge

中村 幸治; 芳野 隆治; 閨谷 譲

22nd European Physical Society Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics, 19C(PART 1), p.225 - 228, 1995/00

TSCコードを用いて、JT-60Uディスラプション時に観測される垂直位置移動現象(VDF)の発生機構を調べた。主たる機構として、(1)JT-60U真空容器の上下非対称構造に起因する上下非対称分布の渦電流による垂直方向バランスの喪失、(2)渦電流磁場による磁場指数nの悪化、を明らかにした。縦長楕円の高非円形トカマクでは後者の機構が支配的であるのに対して、前者の機構は楕円度の低いトカマクでの主要VDE機構である。しかも、プラズマの平衡位置を最適化することで、VDE発生を緩和し得ることを明らかにした。

報告書

Tokamak simulation codeの使用手引き

中村 幸治; 西野 徹*; 常松 俊秀; 杉原 正芳

JAERI-M 92-189, 75 Pages, 1992/12

JAERI-M-92-189.pdf:2.2MB

変形可能な軸対称トロイダルプラズマの時間発展をシミュレートすることができるTSCコードの使用手引きをまとめた。TSCコードは磁束関数やトロイダル電流分布、さらに、プラズマ流体の2次元ベクトル場などの大量の時間発展データを作る。このため、大容量数値データ用高速入出力システムGAEAを用いて保存データファイルの作成から、シミュレーションの実行、さらに図形を得るまでの一連の作業と管理を一元化し、データの管理や検索を容易にするためのシステムを作った。軸対称運動を与えるモデル方程式、コードの概要、最適な収束解を得る方法、利用手順、入力の方法などが詳細に説明されている。

報告書

Japanese contribution of ITER PF systems design during CDA

安積 正史; 長谷川 満*; 亀有 昭久*; 栗原 研一; 中村 幸治; 西尾 敏; 下村 安夫; 新谷 吉郎*; 杉原 正芳; 山根 実*; et al.

JAERI-M 92-041, 100 Pages, 1992/03

JAERI-M-92-041.pdf:2.59MB

ITER(国際熱核融合実験炉)ポロイダルコイル(PF)システムの概念設計に対する日本の貢献の主な結果をまとめる。まずPF系の最適配置の決定、準DN配位やSN配位の検討および磁力線の精密な追跡がなされた。さらに中心ソレノイドコイルに働く反発力が求められた。次に垂直位置制御の指針が導出され、受動安定化シェルの性能評価が行なわれた。またTULFEX法によるプラズマ位置・形状同定法の適用や水平位置制御法が調べられ、遅い制御法に関するアルゴリズムが開発された。次にセパラトリックス掃引と周辺磁気面エルゴード化の検討がなされた。最後にTSCコードによるプラズマ動的挙動の検討を示した。以上の結果の多くはまだ完結してはいないが、ITERの成立性を示す概念設計としては十分であり、EDA(工学設計活動)でさらに深められる予定である。

論文

Temperature and oxygen-content dependent structural changes in 214-type cuprates and nickelates

梶谷 剛*; 平賀 賢二*; 細谷 正一*; 福田 承生*; 大石 克嘉*; 菊地 昌枝*; 庄野 安彦*; 森井 幸生; 渕崎 員弘; 舩橋 達

JJAP Series, 7(7), p.59 - 67, 1992/00

X線および中性子回折法を用いてK$$_{2}$$NiF$$_{4}$$型構造をもつ214型銅化合物、ニッケル化合物について研究した。(La,Sr)$$_{2}$$CuO$$_{4-y}$$,(Nd,Ce)$$_{2}$$CuO$$_{4-y}$$,(Pr,Ce)$$_{2}$$CuO$$_{4-y}$$などの酸化物超電導体では、酸素濃度や、SrやCeの添加に応じて電導面であるCuO$$_{2}$$面に垂直な方向の格子定数がかなり変化することがわかった。La$$_{2}$$NiO$$_{4+y}$$ではyが0から0.1変化する間に少くとも四つの構造をとることを明らかにした。

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