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論文

Roles of the double tearing mode on the formation of a current hole

津田 孝; 栗田 源一; 藤田 隆明

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1149 - 1152, 2006/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.73(Physics, Fluids & Plasmas)

中心を外れた自発電流や電流駆動が十分に大きいときは中心部に電圧が逆にかかり逆方向の電流が流れるはずである。しかし実験ではほとんどゼロの電流密度の領域(電流ホール)が観測される。以前の論文において磁気流体シミュレーションにより電流ホール形成機構を解析した。ところが電流ホールを持つ配位はダブル・テアリング・モードが不安定となる可能性があるため、磁気流体シミュレーションにより電流ホール形成にこのモードが果たす役割を検討した。

論文

Stability of double tearing mode in current hole configuration

津田 孝; 栗田 源一; 藤田 隆明

Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S83 - S86, 2006/12

トカマクでは自発電流や周辺部への電流駆動が大きい場合、中心部に掛かる電圧が逆向きになる場合がある。このとき中心部の電流は逆方向には流れず、ほぼ電流密度がゼロの領域が出現する。このような凹状の電流分布ではダブル・テアリング・モードが不安定となることが予想される。実際、JETの実験では電磁現象が観測されている。一方、JT-60の電流ホール実験ではそのような揺動は観測されていない。簡約化磁気流体コードを用いたシミュレーションにより、電流ホール現象においてダブル・テアリング・モードが果たしている役割を明らかにする。

論文

Nonlinear behaviour of collisionless double tearing mode induced by electron inertia

松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明*

Nuclear Fusion, 45(11), p.1264 - 1270, 2005/11

 被引用回数:12 パーセンタイル:41.3(Physics, Fluids & Plasmas)

核融合プラズマの中心部のような高温になると電気抵抗が小さくなるとともに、電子慣性等の非衝突効果(運動論的効果)が磁気再結合過程に深くかかわる。本研究では、これらプラズマの粒子性を物理的に忠実に取り扱う観点から、ジャイロ運動論的粒子モデルを用いた3次元シミュレーションにより、反転磁気シア配位トカマクにおける磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。反転磁気シア配位において二つの共鳴面の距離が近いと、互いの共鳴面における摂動が結合し、ダブルテアリングモード(DTM)と呼ばれる内部モードが生じる。高温プラズマにおいて電子慣性により誘起される運動論的DTMは、抵抗性モデルにより予期されるものより、速い内部崩壊を引き起こし得ることが明らかとなった。さらに、内部崩壊により掃き出された電流は、DTMが作り出した静電ポテンシャルに導かれて凹型に再集中し得ることが明らかになった。本研究は、低ベータ負磁気シア実験におけるディスラプション機構の一端を示しており、またDTMを経た電流分布の再分配により負磁気シア配位を再構築し得ることを示唆している。

論文

Recent RF experiments and application of RF waves to real-time control of safety factor profile in JT-60U

鈴木 隆博; 諫山 明彦; 井手 俊介; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 坂田 信也; 末岡 通治; 細山 博己*; 関 正美; JT-60チーム

AIP Conference Proceedings 787, p.279 - 286, 2005/09

JT-60において、低域混成波による電流駆動とモーショナルシュタルク効果による安全係数分布計測を用いた実時間安全係数分布制御システムを開発した。実時間制御のクロックである10ms以内で安全係数分布を高速に評価するための計算手法を開発し、精度よく安全係数分布を計算できることを示した。低域混成波の位相制御により電流駆動位置を制御した。中心での安全係数$$q(0)sim1$$の正磁気シアプラズマを対象に$$q(0)sim1.3$$の正磁気シア安全係数分布を目標として制御を行ったところ、安全係数分布は目標分布に近づき、$$q(0)sim1.3$$の状態を低域混成波が安定に入射されている間(3秒間)維持した。電子サイクロトロン波による新古典テアリングモードの安定化及び、プラズマの着火・立ち上げについても本招待講演において報告する。

論文

Observation of the bootstrap current reduction at magnetic island in a neoclassical tearing mode plasma

及川 聡洋; 鈴木 隆博; 諫山 明彦; 林 伸彦; 藤田 隆明; 内藤 磨; 津田 孝; 栗田 源一; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 45(9), p.1101 - 1108, 2005/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:15.19(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uトカマクにおいて、新古典テアリング不安定性発生中の磁気島形成に伴う電流密度の小半径方向分布の時間発展を世界で初めて観測した。磁気島構造の成長に伴い、電流密度分布は磁気島位置において平坦化し凹型の構造が現れた。そして磁気島の縮小に伴い、この平坦部は狭まり、磁気島消滅後には平坦化構造も消滅した。一方、MHD不安定性の無いプラズマではそのような電流密度分布の変形は見られなかった。テアリングモード放電で現れた電流密度分布の発展は、磁気島部での自発電流の減少を仮定した非定常輸送シミュレーションによって再現できた。また、実験結果と定常解の比較からも、電流密度分布と安全係数分布の時間発展を説明できる。これら実験結果とシミュレーション結果から、磁気島O点での自発電流の減少を結論づけた。

論文

Nonlinear acceleration of the electron inertia-dominated magnetohydrodynamic modes due to electron parallel compressibility

松本 太郎; 内藤 裕志*; 徳田 伸二; 岸本 泰明

Physics of Plasmas, 12(9), p.092505_1 - 092505_7, 2005/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:7.25(Physics, Fluids & Plasmas)

磁気流体力学(MHD)不安定性の研究は、プラズマを閉じ込める磁気面の保持/再生にかかわる、トカマク炉心プラズマ研究の中心課題である。核融合プラズマの中心部のような高温になると電気抵抗が小さくなるとともに、むしろ電子慣性,有限ラーマ半径等の非衝突効果(運動論的効果)が磁気再結合過程に深くかかわる。本研究では、ジャイロ運動論的粒子モデルを用いた3次元シミュレーションにより、磁気再結合を伴うMHD不安定性に対する運動論的効果の解明を目的とした。電子慣性の特徴的長さは電子スキン長であるが、それと比較して磁気再結合にかかわる他の素過程の特性長(イオンラーマ半径,抵抗層の厚さ等)が小さい場合、キンクモードは主として電子慣性によって誘起されると考えられる。しかし、このような電子慣性が支配的な運動論的キンクモードに対して、磁力線方向の電子圧縮性がわずかに存在する場合は、磁気再結合点近傍の電流構造を非線形的にY型からX型に変化させる。それゆえ、線形成長過程において電子慣性により支配されていたモードは、非線形的に成長率を加速させ、ある一定以上の成長率に達して内部崩壊に至ることが明らかとなった。また、このような非線形加速は、DTM等の内部モードに共通して現れる現象であることも判明した。

論文

Evolution of the current density profile associated with magnetic island formation in JT-60U

及川 聡洋; 諫山 明彦; 藤田 隆明; 鈴木 隆博; 津田 孝; 栗田 源一

Physical Review Letters, 94(12), p.125003_1 - 125003_4, 2005/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:54.78(Physics, Multidisciplinary)

JT-60Uトカマクにおいてテアリング不安定性発生中の磁気島形成に伴う電流密度の小半径方向分布の時間発展を世界で初めて観測した。磁気島構造の成長に伴い、電流密度分布は磁気島位置において平坦化し凹型の構造が現れた。そして磁気島の縮小に伴い、この平坦部は狭まり、磁気島消滅後には平坦化構造も消滅した。さらに、磁気島の回転に同期して局所ポロイダル磁場が変動することを観測した。この観測結果は電流密度分布の平坦化が磁気島構造のO点に局在していることを意味する。以上の結果は、テアリング不安定性理論が予測する電流密度分布の発展を初めて実験的に証明したものである。

論文

Infuluence of anomalous transport phenomena on onset of neoclassical tearing modes in tokamaks

Konovalov, S. V.; Mikhailovskii, A.*; 小関 隆久; 滝塚 知典; Shirokov, M. S.*; 林 伸彦

Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11

新古典テアリングモードの発生条件に対する異常垂直熱輸送と異常垂直粘性の影響を理論的に調べる。摂動温度分布における磁気島横断熱伝導と拮抗するいろいろな平行輸送機構を考慮する。輸送閾値モデルにおいて、有限の垂直熱輸送のために弱くなったブートストラップ駆動と同程度に、磁気曲率効果は重要である。垂直粘性により、輸送閾値モデルには磁気島回転周波数依存性が生じる。

論文

Numerical analysis of neoclassical tearing mode stabilization by electron cyclotron current drive

林 伸彦; 諫山 明彦; 長崎 百伸*; 小関 隆久

プラズマ・核融合学会誌, 80(7), p.605 - 613, 2004/07

電子サイクロトロン波駆動電流(ECCD)による新古典テアリングモード(NTM)の安定化を、数値計算により調べた。数値計算モデルは、修正ラザフォード式に基づいたものであり、1.5次元輸送コードとEC解析コードと結合して用いた。この数値計算モデルは、JT-60Uにおける実験結果を模擬できることを確めた。修正ラザフォード式における未定パラメータを、実験との比較により求めた。安定化における駆動電流位置に対する依存性を調べた。低電流量でピークさせた電流分布が、位置に対する依存性を弱めることがわかった。一方、高電流量で電流分布をピークさせてしまうと、駆動電流が電流分布を変えNTMの磁気島を動かしてしまうために、位置に対する依存性が増してしまう。高電流量の場合には電流分布を広くした方が、位置に対する依存性を弱めることができる。安定化に必要な駆動電流量を調べた。必要な駆動電流量は、修正ラザフォード式におけるブートストラップ電流項とECCD項のパラメータに強く依存する。ITERにおいて必要な駆動電流のためのパワーを、JT-60U実験から求めたパラメータを用いて評価した。

論文

ECCD power necessary for the neoclassical tearing mode stabilization in ITER

林 伸彦; 小関 隆久; 濱松 清隆; 滝塚 知典

Nuclear Fusion, 44(4), p.477 - 487, 2004/04

 被引用回数:32 パーセンタイル:72.82(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERで新古典テアリングモード(NTM)安定化に必要となる電子サイクロトロン波(EC)パワーを評価するために、ITERパラメータを用いてEC駆動電流(ECCD)によるNTM安定化を数値的に調べた。NTMの磁気島幅の時間発展を、修正ラザフォード式を用いて計算した。有理面に位置するEC電流による背景電流密度分布の変化を電流拡散式により計算し、テアリング安定性指標$$Delta$$'の変化を考慮した。ECパワーがしきい値以上のときには、磁気島幅にかかわらずNTMを完全安定化できる。このしきいパワーの、修正ラザフォード式中のパラメータに対する依存性を調べた。しきいパワーは、修正ラザフォード式における自発電流項のパラメータに強く依存する。EC駆動電流は、背景電流密度分布の変化を通して$$Delta$$'を減少させ、その結果、しきいパワーを減少させる。しきいパワーに対する、EC電流密度分布の幅とECパワー変調の効果を調べた。EC電流幅が半分になると、しきいパワーを半分以下にすることができる。EC電流幅を狭くすることができた場合には、しきいパワーを下げるのにECパワー変調は必要ない。パラメータ領域におけるしきいパワーの最大値を考えた場合、ITERにおいてm/n=3/2モードと2/1モードの両方を同時に安定化させるには、約25MWのECパワーが必要であることがわかった。

論文

Overview of physics basis for ITER

Mukhovatov, V.*; 嶋田 道也; Chudnovskiy, A. N.*; Costley, A. E.*; Gribov, Y.*; Federici, G.*; Kardaun, O. J. F.*; Kukushkin, A. S.*; Polevoi, A. R.*; Pustovitov, V. D.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(12), p.235 - 252, 2003/12

 被引用回数:46 パーセンタイル:80.66(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERはDT燃焼によって約0.5GWの核融合エネルギーを発生する最初の磁場閉じ込め装置である。最近の2, 3年の間に得られた研究成果によって、ITERのHモード運転においてQ$$>$$10を達成できることがほぼ確実となった。それらには、三角形度を高くすることによって得られたグリーンワルド密度付近における良好なHモード閉じ込め,理論モデルに基づく炉心プラズマ閉じ込めの予測の改良,D/Tイオンとヘリウム中性粒子との弾性衝突を考慮したダイバータモデル計算によるヘリウム灰除去効率の改善,NTM(新古典テアリング・モード)のフィードバック制御による$$beta$$値の改善,ELM物理の理解の進展とELM緩和法の開発,ディスラプション緩和法の検証などがある。ITERはその機動性を用いて定常及び中間領域(ハイブリッド)運転を行うことも可能である。この論文においては、おもに誘導運転のプラズマ性能、及び定常運転のために要請される性能について議論を行う。

論文

Transport threshold model of subsonic neoclassical tearing modes in tokamaks

Mikhailovskii, A. B.*; Shirokov, M. S.*; Tsypin, V. S.*; Konovalov, S. V.; 小関 隆久; 滝塚 知典; Galv$~a$o, R. M. 0.*; Nascimento, I. C.*

Physics of Plasmas, 10(10), p.3975 - 3983, 2003/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:27.21(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクにおける亜音速の新古典テアリングモード(NTM)の輸送閾値モデルを構築した。速度依存項を持つ一流体熱伝導方程式とプラズマ平行方向運動方程式を基礎式とする。揺動プラズマ温度とNTMの駆動ブートストラップ電流が、垂直方向熱輸送の大きい時と小さい時ともに、求められる。この亜音速のNTMの輸送閾値モデルは、従来の標準的なNTMの輸送閾値モデルに比べ、現実的なモデルである。

論文

Current point formation and magnetic reconnection process in nonlinearly destabilized double tearing modes

石井 康友; 安積 正史; 岸本 泰明

Physics of Plasmas, 10(9), p.3512 - 3520, 2003/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:27.21(Physics, Fluids & Plasmas)

負磁気シアプラズマで重要となるダブルティアリングモード(DTM)の非線形不安定化過程における電流点形成の詳細な過程と、その爆発的成長領域での役割を明らかにした。電流点形成は、これまでに知られている電流シートを伴った磁気再結合過程とは反対に、DTMの成長とともに磁気再結合領域に形成されるプラズマ電流の縦横比(逆アスペクト比)が増大することを初めて明らかにした。異なった抵抗値に対しては、形成される電流点の逆アスペクト比,絶対値が異なる。この性質が、爆発敵領域での非線形成長率の抵抗値非依存性の原因であることを明らかにした。さらに、トロイダル配位でのシミュレーションを行うことにより、乱雑磁場中においても、コヒーレントな電流点構造が形成・維持される可能性を示した。

論文

Fluid treatment of convective-transport threshold model of neoclassical tearing modes in tokamaks

Mikhailovskii, A. B.*; Shirokov, M. S.*; Tsypin, V. S.*; Konovalov, S. V.*; 小関 隆久; 滝塚 知典; Galv$~a$o, R. M. 0.*; Nascimento, I. C.*

Physics of Plasmas, 10(9), p.3790 - 3792, 2003/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:17.84(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクにおける新古典テアリングモード(NTM)の対流輸送閾値モデルに関する流体的記述を展開した。垂直方向輸送モデルを付加したドリフト運動論的方程式からモーメント方程式一式を導出した。このモーメント方程式系の本質は、平行方向熱流束が圧力や温度と同等な立場になっていることである。提案されたモーメント方程式系をNTMのブートストラップ電流起動の解析に適用し、NTMの閾値モデルを導出した。このモデルは、初期的に直感的考察から導かれた対流輸送閾値モデルと定性的に一致している。

論文

Possible nature of nonideal perturbations limiting plasma pressure in Tokamaks

Mikhailovskii, A. B.*; Churikov, A. P.*; Konovalov, S. V.; Shirokov, M. S.*; Tsypin, V. S.*

Doklady Physics, 48(4), p.159 - 162, 2003/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.16(Mechanics)

トカマク型核融合炉条件にある理想的安定プラズマの圧力を制限する新分類の揺動があることを示す。このようなモードの局在性は3特性長である:大スケール(MHD),ラーマ半径スケール及び亜ラーマスケール。これらのモードが、実験的に観測されている新古典的テアリングモードの自発的発生に関連していることを示す。

論文

Magnetohydrodynamic stability of improved confinement plasmas in JT-60U

竹治 智; 諫山 明彦; 小関 隆久; 徳田 伸二; 石井 康友; 及川 聡洋; 石田 真一; 鎌田 裕; 閨谷 譲; 芳野 隆治; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.278 - 297, 2002/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:9.09(Nuclear Science & Technology)

トカマクプラズマの高圧力定常運転の実現への寄与を念頭に、高ポロイダルベータモード,負磁気シアモード等JT-60Uにおける閉じ込め改善トカマク放電における磁気流体力学的(MHD)安定性の研究成果を総括した。閉じ込め改善プラズマを特徴付ける周辺部及び内部輸送障壁は、それらが形成する大きな圧力勾配とそれに伴うブートストラップ電流により、局所的あるいは広域的MHD安定性に重要な影響を及ぼす。まず、閉じ込め改善放電の広域的安定性限界は、低n(トロイダルモード数)キンクモードで規定され、プラズマ圧力分布の尖鋭度の低減,プラズマ形状の高三角度化及び導体壁の近接により安定性限界を改善できる。局所的安定性では、周辺部輸送障壁にかかわる周辺部局在モード(ELM),内部輸送障壁にかかわる内部輸送障壁局在モード(BLM),抵抗性交換型モードについてその発生機構等を明らかにした。さらに、高圧力プラズマの長時間維持において問題となる、新古典テアリングモード(NTM),抵抗性導体壁モード(RWM)のMHD特性とその安定化について議論した。

論文

Simulation on neoclassical tearing mode stabilization by ECCD for JT-60 superconducting tokamak

林 伸彦; 小関 隆久; 濱松 清隆; 滝塚 知典

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.5, p.519 - 522, 2002/00

超電導化改修JT-60における、電子サイクロトロン波電流駆動(ECCD)による新古典テアリングモード安定化のシミュレーションを、1.5次元時間発展コードTOPICSと修正Rutherford式を用いて行った。ECによる磁気島中心の局所電流によってモードは安定化される。しかし、EC電流が磁気島中心から外れると有理面が動き、ECの安定化効率が下がる。EC電流の安定化に必要な位置幅は、EC電流分布をよりピークさせるとともに、ECのパワーが低い時は広くなり、高パワーの時は狭くなる。ECの入射時間が長ければ、この必要幅は広げられる。安定化に必要な最小のECパワーは、EC電流分布をよりピークさせ、磁気島成長の初期に、長く入射することによって、低くすることができる。

論文

Effects of profiles on the neo-classical tearing mode

小関 隆久; 濱松 清隆; 諫山 明彦; 栗田 源一

Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.65 - 69, 2001/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:50.11(Nuclear Science & Technology)

衝突周波数が小さい高$$beta_{p}$$プラズマにおいて、磁気島に沿って流れるブートストラップ電流が磁気島を成長させることが考えられる。これは、新古典テアリングモードと呼ばれ、定常プラズマにおける新たな$$beta$$限界になるものとして、最近、重要課題となっている。ここでは、新古典MHDモデルに基づく磁気島の発展方程式をもとに、飽和時の磁気島幅を評価し、電流分布や圧力分布に対する影響を調べた。その結果、テアリングモードの有理面が低シア領域にあると不安定効果が大きいこと、低${it li}$プラズマでは高nモードがより安定であることなどが明らかとなった。また、磁気島への局所電流駆動による安定化効果を調べ、小半径の10%程度の幅の電流を磁気島へ駆動することにより、プラズマ電流の1$$sim$$2%の駆動電流で、大きな安定化効果が期待できることを示した。

論文

Ideal/resistive modes analysis in reversed shear configuration plasmas

津田 孝; 石井 康友; 栗田 源一; 徳田 伸二; 小関 隆久; S.Hudson*; 岸本 泰明

Chinese Physics Letters, 362, p.83 - 84, 1999/09

トカマクの逆シア配位では、高い閉じ込め性能が得られるが、非常に高い磁気流体現象で破壊されている。JT-60U装置の逆シアプラズマで観測されるプラズマ崩壊のベータ限界値の上限は、理想MHD安定性解析の結果と良く一致する。そこで本研究では、逆シア配位で生じる理想MHD不安定性の性質を調べ、ベータ限界値向上の可能性を調べた。さらに、逆シア配位では等しい安全係数値を持つ2つの共鳴面が近接するために、ダブルティアリングモードが不安定になる可能性がある。この不安定性はティアリングモードに比べて成長率が多く、また、外側共鳴面より内側の領域で安全係数分布の平坦化が起こるため、プラズマ崩壊を引き起こす可能性がある。そこで本研究では、計算機シミュレーションによりダブルティアリングモードの非線形発展の様子を調べた。

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。

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