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論文

Edge safety factor at the onset of plasma disruption during VDEs in JT-60U

杉原 正芳; Lukash, V.*; Khayrutdinov, R.*; 閨谷 譲

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(10), p.1581 - 1589, 2004/10

 被引用回数:11 パーセンタイル:62.3(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、垂直位置移動中に熱クエンチが発生する時の境界安全係数q値を、FBI/FBEQU及びDINAコードで平衡配位を再構築することにより求めた。両者の結果は極めて類似しており、q値が1.5-2の範囲で熱クエンチが発生する結果が得られた。これにより、垂直位置移動シミュレーションにおいては、この範囲で熱クエンチが起こると仮定し、その後のプラズマの移動やハロー電流を求めることが妥当であることが示された。

論文

Disruption studies in JT-60U

河野 康則; 芳野 隆治; 閨谷 譲; 中村 幸治; 徳田 伸二; 玉井 広史

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.298 - 314, 2002/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.89(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uでは、ディスラプション物理の解明及びディスラプション回避・緩和技術の開発に関する研究を精力的に実施してきており、ここで得られた成果はITERの設計に大きく貢献している。本論文は、これまでの主要成果についてレビューを行うものである。内容は以下に示す通り。(1)序論,(2)ディスラプション特性,(2.A)ディスラプションシーケンス,(2.B)熱消滅と不純物発生,(2.C)不純物混入と電流消滅,(3)ハロー電流,(3.A)ハロー電流データベース,(3.B)ハロー電流のパラメータ依存性,(3.C)ハロー電流の低減,(4)垂直移動現象(VDE),(4.A)VDEの回避,(4.B)VDEのMHDシミュレーション,(5)逃走電子,(5.A)逃走電子の発生回避及び抑制,(5.B)逃走電子の数値解析,(6)結論。

論文

Axisymmetric disruption dynamics including current profile changes in the ASDEX-Upgrade tokamak

中村 幸治; Pautasso, G.*; Gruber, O.*; Jardin, S. C.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(8), p.1471 - 1481, 2002/08

 被引用回数:10 パーセンタイル:64.64(Physics, Fluids & Plasmas)

軸対称MHDシミュレーションによって、ディスラプションの際発生する垂直移動現象(VDE)を支配している新しい機構を明らかにした。単一ダイバータ・プラズマで急激なプラズマ電流分布の平坦化が起きると、プラズマはダイバータ側に向かって大きく引き寄せられ、その際のダイバータ配位に応じて上下偏ったVDEが発生しやすくなる。リミター配位のプラズマは本来ダイバータを持たないため、この引き寄せ効果が存在せず、VDEは常に上下方向等しい確率で発生する。この新しい効果は、 ASDEX-Upgradeの実験でも確認することができ、これとこれまでの研究で明らかにしてきた「中立平衡点」による効果によって、ディスラプション挙動の全体像を初めて明らかにした。

論文

JT-60U、Alcator C-Mod及びASDEX-Upgradeトカマクにおける中立平衡点の評価

中村 幸治; 芳野 隆治; Granetz, R. S.*; Pautasso, G.*; Gruber, O.*; Jardin, S. C.*

プラズマ・核融合学会誌, 78(4), p.347 - 355, 2002/04

トカマク・ディスラプションの際発生する垂直移動現象(VDE)を回避するうえで有利な「中立平衡点」を、国際共同研究によって、JT-60U,Alcator C-Mod及びASDEX-Upgrade トカマクで調べた。米国のAlcator C-Modトカマクでは、キラー粒子を入射することで強制的にディスラプションを発生させ、VDEの様子を調べた。その結果、計算機シミュレーションの結果通り、赤道面から数cm上に「中立平衡点」が存在することを確認した。一方、ドイツASDEX-Upgradeトカマクのディスラプション・データベースを解析し、トカマク装置によってVDEに個性があり明確な「中立平衡点」が存在しないことがわかった。その原因を計算機シミュレーションで調べた結果、ディスラプションの最中生じているプラズマ電流分布の変化が垂直移動現象に強く影響していることを明らかにした。

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

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

トカマク炉の燃焼制御; ディスラプションと炉の緊急停止

芳野 隆治

プラズマ・核融合学会誌, 75(12), p.1337 - 1374, 1999/12

ディスラプションは、トカマクプラズマがその熱と磁気エネルギーを短時間で放出する現象であり、その放出する過程を外部より制御することはかなり難しい。このためディスラプションによりトカマク装置の受ける影響を評価するために、その特性を評価することは炉設計における最重要課題の1つになっている。緊急停止も一種のディスラプションがあるが外部より能動的に発生させること、トカマク装置の受ける影響を大きく緩和することを狙いとする点が大きく異なる。炉の緊急停止シナリオはディスラプションの研究から生み出されたものであり、炉の運転稼動率を大きく高めるために極めて重要である。加えて、ディスラプションの発生確率を大きく低減するには、ディスラプションの回避が必要である。この回避は、燃焼制御の1つと考えてよく、今後の研究課題として重要である。

論文

$$beta$$$$_{p}$$-collape-induced VDE and its underlying mechanism in the TVC tokamak

中村 幸治; J.B.Lister*; F.Hofmann*; Y.R.Martin*; J.-M.Moret*; P.Vyas*

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 23J, p.417 - 420, 1999/00

$$beta$$$$_{p}$$崩壊(プラズマ圧力の急激な低下)によって引き起こされるプラズマの垂直移動現象(VDE)について、高非円形TCVトカマクにおける発生機構を計算機シミュレーションの実験によって調べた。TCVでは、$$beta$$$$_{p}$$崩壊の規模及びプラズマ断面形状の非円形度に従って、VDEが発生する場合と発生しない場合があり、これがプラズマ運動を模擬できるシミュレーションの結果と一致することを示した。また、$$beta$$$$_{p}$$崩壊型のVDEを伴う典型的なディステプション放電について、シミュレーションを行い、$$beta$$$$_{p}$$崩壊の際に生じるプラズマの内向き変位の結果、渦電流が真空容器に発生し、この渦電流が非円形プラズマの宿命である垂直位置不安定性をさらに悪化させていることを明らかにした。本会議では、上記TCVトカマクのVDE発生機構とこれを一般化した物理モデルについて報告する。

論文

Characteristics of halo currents in JT-60U

閨谷 譲; 芳野 隆治; 中村 幸治; 櫻井 真治

Nuclear Fusion, 39(4), p.559 - 567, 1999/00

 被引用回数:34 パーセンタイル:26.91(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいてロゴスキーコイルタイプの測定器でハロー電流の大きさとトロイダル方向の非対称性を測定した。I$$_{p}$$=0.7~0.8MA,B$$_{T}$$=2.2~3.5Tの範囲で最大のハロー電流のプラズマ電流に対する割合と非対称性との積(TPF$$times$$I$$_{h}$$/I$$_{po}$$)は0.52でありITERのデータベースの0.75以下であった。TPF$$times$$I$$_{h}$$/I$$_{po}$$の大きさはプラズマの垂直移動速度で生じる駆動力と相関が見られた。ハロー電流の大きさは、エネルギークエンチ直前の蓄積エネルギーやハロー電流が最大の時の線積分密度と相関が見られる。このことは、ハロー電流の大きさがハロー領域の温度と関係している可能性を示唆している。ハロー電流の低減について、垂直移動中にガスパフを行うことで、ハロー電流が低減できることを見いだした。また、垂直移動をプラズマのディスラプション中の制御を行って抑制することで、ハロー電流を抑制できることを確認した。

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。

論文

Characteristics of halo current in JT-60U

閨谷 譲; 中村 幸治; 芳野 隆治; 波多江 仰紀; JT-60チーム

Fusion Energy 1998, p.859 - 862, 1998/10

トカマクでディスラプション中に真空容器に流入する電流(ハロー電流)の特性を、新たにJT-60Uに設置したロゴスキーコイルタイプの検出器を用いて調べた。プラズマを下側に押しつけて垂直移動の不安定性を模擬し、ハロー電流のデータベースを構築した。最大のハロー電流(トロイダル方向の非対称性とハロー電流の初期プラズマ電流との比の積)は0.52で従来のITERのデータベースの最大値0.75に比べて充分低いことを確認した。この最大値は、ディスラプション直前のプラズマの蓄積エネルギーの増加に伴って減少する。これは、エネルギークエンチ時に発生する不純物によって周辺プラズマが冷却され、ハロー電流の流路の抵抗が増えるためと考えられる。このことから高蓄積エネルギーが想定される核融合炉では、ハロー電流が小さくなることが予想できる。また、ネオンをパフして温度を下げ、ハロー電流低減が可能なことを確認した。

論文

VDE/disruption EM analysis for ITER in-vessel components

三木 信晴*; 伊尾木 公裕*; F.Elio*; 児玉 徹彦*; S.Chiocchio*; D.Williamson*; M.Roccella*; P.Barabaschi*; R.S.Sayer*

Fusion Technology 1998, 2, p.1389 - 1392, 1998/00

本論文では、ブランケットモジュール、バックプレート、ダイバータモジュールの電磁石解析結果をまとめる。プラズマディスラプション時は、約1msの熱消滅に続いて、50~100msの電流消滅が生じる。熱消滅時に、プラズマ中のトロイダル磁束が増加する。この磁束変化により、バックプレート、ダイバータには2.5MAのポロイダル電流が誘起され、約0.7MPaのプラズマ方向電磁力荷重が生じる。電流消滅時には、プラズマ電流は21MAから0に減少し、ポロイダル磁束が変化する。バックプレートには、トロイダル方向渦電流が誘起され、最大0.6MPaの電磁石荷重が生じる。ブランケットモジュールには半径方向とポロイダル方向の2つの渦電流ループが誘起され、2方向の回転トルクが問題となる。VDE(プラズマ上下方向変位事象)時は、約7.4MAのハロー電流が流れ、下側モジュールの電磁力が問題となる。

報告書

JENDL FP核データ評価用プログラムシステム(スムースパート)

中川 庸雄; 渡部 隆*; 飯島 俊吾*

JAERI-Data/Code 97-050, 103 Pages, 1997/12

JAERI-Data-Code-97-050.pdf:2.73MB

評価済み核データライブラリーJENDLに格納された核分裂生成物核種(FP)の核データ評価に使用した計算機プログラムのうち、共鳴領域より上のいわゆるスムースパートでの評価に使用したプログラムについてまとめた。多数のプログラムが、核データ評価のためのパラメータの決定、理論計算、計算値や実験データの処理のために使われた。その中で、レベル密度パラメータ決定に使われたプログラム(ENSDFRET,LVLPLOT,LEVDENS)、理論計算用プログラムCASTHYのJCLを作成するプログラム(JOBSETTER,INDES/CASTHY)、CASTHYの出力データをENDFフォーマットに変換するプログラム(CTOB2)について、その使用法を説明する。

論文

Plasma equilibrium control during slow plasma current quench with avoidance of plasma-wall interaction in JT-60U

芳野 隆治; 中村 幸治; 閨谷 譲

Nuclear Fusion, 37(8), p.1161 - 1166, 1997/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:67.7(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、プラズマ電流消滅時に発生する垂直移動現象(Vertical Displacement Event,VDE)は、垂直位置の実時間モニタの精度劣化に起因することを突き止めている。そこで、モニタ精度を向上させた結果、世界で初めて、プラズマ電流消滅時の垂直位置制御を実現し、VDEを回避することに成功した。この時、さらに、プラズマと真空容器第一壁との相互作用を回避する(又は、ダイバータプラズマ配位を維持する)には、X点の高さを維持することが必要と判明したため、プラズマ電流に対するダイバータコイル電流の比率を一定に制御した。以上により、トカマク型核融合炉にて危惧されているディスラプション中のVDEとプラズマと壁の相互作用は、適切な平衡配位制御を行えば回避できることを実証した。

論文

核融合装置における電磁解析例

小泉 興一; 山崎 耕造*

プラズマ・核融合学会誌, 72(12), p.1352 - 1361, 1996/12

強力な磁場でプラズマを閉込める磁気閉込め型核融合装置では、プラズマの生成・制御並びにプラズマの移動・消滅に伴う磁束変化によって炉心機器に過渡的な渦電流が誘起される。この渦電流は不整磁場や機器の発熱の原因となるばかりでなく、外部磁場との相互作用で機器に巨大な電磁力を発生させる。特にプラズマ自身に20MA以上の大電流が流れるトカマク装置では、プラズマの異常消滅や垂直方向移動変位(VDE)が極めて短い時間スケールで発生するため、電磁力は数百MNに達する。このため、プラズマ異常消滅時の渦電流・電磁力の解析と電磁力によって発生する応力の評価は、トカマク装置の炉心機器設計を左右する重要な作業である。本報告は、現在工学設計が進められている国際熱核融合実験炉(ITER)と大型ヘリカル装置における渦電流・電磁力の解析例と関連する各炉心機器の技術課題を紹介するものである。

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

Sensor algorithms of the plasma vertical position to avoid a vertical displacement event during plasma-current quench on JT-60U

芳野 隆治; Koga, J. K.*; 竹田 辰興

Fusion Technology, 30(2), p.237 - 250, 1996/11

ディスラプションにおけるプラズマ電流消滅時には、真空容器に渦電流が誘起され、プラズマ電流中心の垂直位置(Z$$_{J}$$)の検出に誤りを発生する。この誤りは、垂直方向のプラズマの移動(VDE)をひきおこし、真空容器内部の損傷の原因となる。このため、ITER等の核融合炉では、VDEの回避が必要とされている。一方、定常状態では、高い精度で、Z$$_{J}$$を検出しプラズマの高い性能を維持する必要がある。このため、プラズマ電流消滅時と定常状態の両方に適用できるZ$$_{J}$$の検出アルゴリズムについて検討した。この結果、統計処理法を用いると、Z$$_{J}$$の検出精度を両方の状態にて同時に改善するのが困難であるのに対し、ニューラルネットワーク法は、同時に改善することが可能であることを解明した。

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:46.48(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

ITERのダイバータ設計

嶋田 道也

プラズマ・核融合学会誌, 72(9), p.858 - 865, 1996/09

同誌の小特集「最近のダイバータ研究の動向」の第2章。ダイバータ設計は、ITERの設計の中でも困難な部分が多いとされてきたが、ITER物理R&D及び工学R&Dの進展により設計が進捗し、その成果は中間設計報告書にまとめられた。本論文は、中間設計報告書までのダイバータ設計の概要。ダイバータの最大の課題である熱除去は、ダイバータ板に熱流束が到達する前にプラズマによる放射冷却によって行う方式が最も有望とされている。放射冷却を強くしたときの主プラズマの閉じ込め特性の改善、及び放射冷却に必要な高密度プラズマの生成が課題である。ディスラプション時の電磁力も大きな課題であるが、最近JT60Uにおいてディスラプションの回避・緩和法が進展し、解決の見通しが得られた。

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:4 パーセンタイル:59.15(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。

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