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論文

Experimental identification of electric field excitation mechanisms in a structural transition of tokamak plasmas

小林 達哉*; 伊藤 公孝*; 井戸 毅*; 神谷 健作; 伊藤 早苗*; 三浦 幸俊; 永島 芳彦*; 藤澤 彰英*; 稲垣 滋*; 居田 克巳*; et al.

Scientific Reports (Internet), 6, p.30720_1 - 30720_7, 2016/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:29.51(Multidisciplinary Sciences)

本レターでは2段階でのL-H遷移時に発生する径電場に関して物理モデルの検証を報告する。ポワソン方程式の時間微分項を評価したところ、ロスコーン損失と新古典粘性による径電流が1段目の遷移時に観測されるものと一致した。2段目の遷移時とLモードにおける径電流は、非両極性条件では説明できないことがわかった。

論文

Present status of manufacturing and R&Ds for the JT-60SA tokamak

東島 智; 鎌田 裕; Barabaschi, P.*; 白井 浩; JT-60SAチーム

Fusion Science and Technology, 68(2), p.259 - 266, 2015/09

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

The JT-60SA superconducting tokamak is now under construction toward the first plasma in March 2019 as a joint project between the Broader Approach (BA) Satellite Tokamak Programme of Europe and Japan, and the Japanese national programme. The JT-60SA mission is to contribute to early realization of fusion energy by supporting ITER and by complementing ITER in resolving key physics and engineering issues for DEMO reactors. Before procurements of the major components, some R&Ds for key techniques were performed. By May 2014, 23 procurement arrangements (PAs) have been launched (JA: 13PAs, EU: 10PAs) covering 87% of the total cost of the BA Satellite Tokamak Programme, and the main components have entered the manufacturing stage. In addition, the JT-60SA tokamak assembly started since January 2013. This paper summarizes the recent progress of the JT-60SA project.

論文

Cross-scale interactions between electron and ion scale turbulence in a tokamak plasma

前山 伸也*; 井戸村 泰宏; 渡邉 智彦*; 仲田 資季*; 矢木 雅敏; 宮戸 直亮; 石澤 明宏*; 沼波 政倫*

Physical Review Letters, 114(25), p.255002_1 - 255002_5, 2015/06

 被引用回数:37 パーセンタイル:5.92(Physics, Multidisciplinary)

実イオン・電子質量比かつ実$$beta$$値のマルチスケールジャイロ運動論的乱流シミュレーションをはじめて実現した。ここで、$$beta$$値はプラズマ圧力と磁気圧の比によって与えられ、微視的不安定性に対する電磁効果を特徴付ける。電子・イオンスケールのスケール間相互作用を明らかにするために両スケールにおける数値解析を行った。実質量比のスケール分離があっても、イオンスケール乱流が電子スケールストリーマを消去し、イオンだけでなく電子の熱輸送も支配する。また、イオンスケールモードが有限$$beta$$効果によって安定化される場合には乱流輸送への電子スケールダイナミクスの寄与は無視できなくなり、イオンスケール乱流輸送を増大させることがわかった。

論文

A Possible breakthrough of power handling by plasma shaping in tokamak

菊池 満; Fasoli, A.*; 滝塚 知典*; Diamond, P. H.*; Medvedev, S.*; Wu, Y.*; Duan, X.*; 岸本 泰明*; 花田 和明*; Pueschel, M. J.*; et al.

Proceedings of 8th IAEA Technical Meeting on Steady State Operation of Magnetic Fusion Devices (CD-ROM), 20 Pages, 2015/05

D型形状でHモード運転の標準的なトカマクは優れた閉じ込め性能を示すものの、過渡的、定常的な熱負荷の問題で大きな課題を持っている。これらを解決する方法として将来を見据えた幅ひろい考え方として形状制御を用いて熱制御を緩和する方式について講演する。

論文

Boundary condition for toroidal plasma flow imposed at the separatrix in high confinement JT-60U plasmas with edge localized modes and the physics process in pedestal structure formation

神谷 健作; 本多 充; 浦野 創; 吉田 麻衣子; 鎌田 裕; 伊藤 公孝*; JT-60チーム

Physics of Plasmas, 21(12), p.122517_1 - 122517_8, 2014/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:34.79(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uトカマク装置において、セパラトリックスを含むプラズマ周辺部における完全電離炭素イオンプラズマのトロイダル流をモジュレーション荷電交換分光(MCXRS)計測器を用いて高精度かつ高空間及び高時間分解能で評価した。ELMy Hモードプラズマのセパラトリックス位置におけるトロイダル回転速度は零では無く外部運動量入射方向依存性が存在するが(co-NBIで-8km/s、ctr-NBIで-19km/s)、ELMによっては大きく影響は受けないことが明らかになった。また観測された有限値の境界トロイダル回転速度はセパラトリックス近傍における高速イオンのリップル損失に起因すると考えられる負の径電場と相関があり、そのシア構造は数100kV/m$$^{2}$$以下の非常に弱い正のシア構造をもつことが分かった。トロイダル回転及び径電場のペデスタル構造構造形成過程の理解の進展についても議論する。

論文

Orbit-based analysis of resonant excitations of Alfv$'e$n waves in tokamaks

Bierwage, A.; 篠原 孝司

Physics of Plasmas, 21(11), p.112116_1 - 112116_21, 2014/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:31.52(Physics, Fluids & Plasmas)

The resonant interactions between shear Alfv$'e$n waves and resonant fast ions are analyzed numerically in realistic geometry and with a realistic particle distribution for a JT-60U plasma driven by two 400 keV N-NBs. In order to deal with the large magnetic drifts of the fast ions, a new orbit-based resonance analysis (ORA) method is developed and applied. The ORA method uses mappings that allows us to unify resonance conditions for trapped and passing particles, determine which harmonics are driven, and which orders of the resonance are involved. After analyzing the resonance conditions, the effects of wave-particle trapping, kinetic compression and linear resonance overlap are examined. Finally, we discuss the implications for frequency chirping, convective amplification, the long-time evolution of the system in the presence of a fast ion source, and for the interpretation of experimental observations.

論文

Analysis of an aspect ratio effect on the stability of external MHD modes in tokamaks with the Newcomb equation

相羽 信行; 徳田 伸二; 石澤 朋子*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1127 - 1131, 2006/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:95.7(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク核融合装置において高性能プラズマを長時間保持することを実現するうえで、外部電磁流体(MHD)不安定性の発生を抑えることは重要な課題であり、特にこの不安定性のアスペクト比に対する依存性は装置設計を行ううえで考慮すべき要因の一つである。本研究ではこれまで開発を続けてきたMHD安定性解析コードMARG2Dの特徴である「広いトロイダルモード数nの範囲にわたって解析ができる」という特長を生かすことで、nが1から10までの外部MHDモードの安定性に対するアスペクト比の依存性を調べた。その結果、外部MHDモードから決まるプラズマ圧力の限界はアスペクト比を小さくすることで高くなることを確認した。またプラズマを囲む完全導体壁の位置がプラズマ表面に近い場合、アスペクト比が小さくなるにつれて圧力限界を決める外部モードのトロイダルモード数は大きくなることを示した。さらにこの原因が、アスペクト比を小さくしたことによって異なるポロイダルモード間のトロイダル結合が強くなり、その結果nの小さいモードを強く安定化する導体壁の影響が強く表れるためであることを、MARG2Dコードで得られる固有関数を比較することによって明らかにした。

論文

Overview of national centralized tokamak program; Mission, design and strategy to contribute ITER and DEMO

二宮 博正; 秋場 真人; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 林 伸彦; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井上 信幸; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S428 - S432, 2006/12

現在検討が進められているJT-60のコイルを超伝導コイルに置き換える計画(トカマク国内重点化装置計画)の概要について述べる。本計画はITER及び原型炉への貢献を目指しているが、その位置づけ,目的,物理設計及び装置設計の概要,今後の計画等について示す。物理設計については、特に高い規格化ベータ値を実現するためのアスペクト比,形状因子及び臨界条件クラスのプラズマや完全非誘導電流駆動のパラメータ領域等について、装置については物理設計と整合した設計の概要について示す。

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

Origin of the various beta dependences of ELMy H-mode confinement properties

滝塚 知典; 浦野 創; 竹永 秀信; 大山 直幸

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(6), p.799 - 806, 2006/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:51.64(Physics, Fluids & Plasmas)

ELMy Hモード閉じ込めのベータ依存性について、これまで長期間調べられてきたが未だ普遍的結論は得られていない。IPB98(y,2)比例則はベータによる強い劣化を示している。一方DIII-DとJETの実験ではベータ劣化が存在しなかった。最近のJT-60Uは強いベータ劣化が実際に存在することを示した。この論文では、JT-60UのELMy Hモード閉じ込めデータベースを解析し、閉じ込め時間が加熱パワーにより強く劣化することを確認した。この劣化はベータ劣化に相当するものであり、上記の実験結果に矛盾しない。ITPA Hモード閉じ込めデータベースの詳細な解析も行った。閉じ込め時間のベータ依存性が、例えば形状パラメータのような、外部設定パラーメータによりどのように変わるかについて調べた。

論文

Impact of wall saturation on particle control in long and high-power-heated discharges in JT-60U

仲野 友英; 朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 久保 博孝; 三浦 幸俊; 清水 勝宏; 木島 滋; 正木 圭; 東島 智; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 46(5), p.626 - 634, 2006/05

 被引用回数:17 パーセンタイル:42.17(Physics, Fluids & Plasmas)

長い時間スケールにおけるプラズマ・壁相互作用を理解するため、放電時間を15秒から65秒に、中性粒子ビーム加熱時間を10秒から30秒に伸張した。長時間Hモード放電の後半ではダイバータ板が粒子飽和することが確認された。放電中にダイバータ板での粒子吸収が徐々に減少し、その後、粒子を吸収しない状態に達した。この壁飽和現象によって、ダイバータ排気を有効にしているにもかかわらず中性粒子ビーム以外の粒子供給がなくても主プラズマの密度が上昇した。また、総入力エネルギーが350MJに達したが、カーボンブルームと呼ばれる急激な炭素不純物の発生や、主プラズマの不純物による希釈は観測されなかった。

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:20 パーセンタイル:36.32(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

Geodesic-acoustic-mode in JFT-2M tokamak plasmas

井戸 毅*; 三浦 幸俊; 神谷 健作; 浜田 泰司*; 星野 克道; 藤澤 彰英*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 西澤 章光*; 小川 宏明; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(4), p.S41 - S50, 2006/04

 被引用回数:104 パーセンタイル:3.02(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mトカマクにおいて重イオンビームプローブ(HIBP)を用いてプラズマ内部における測地的音波モード(Geodesic Acoustic mode, GAM)に伴うポテンシャル揺動及び密度揺動の同時計測を行った。ポテンシャル揺動はプラズマ境界内側で極大値を持っていること,この構造内で周波数はほぼ一定であること,このモードが径方向へ伝播していること、及びGAMが背景乱流に影響を及ぼしていることなどを明らかにした。背景乱流への影響の程度は理論モデルの予測とほぼ一致していることがわかった。

論文

Characterization of coherent magnetic fluctuations in JFT-2M high recycling steady high-confinement mode plasmas

神谷 健作; 大山 直幸; 井戸 毅*; Bakhtiari, M.*; JFT-2Mグループ

Physics of Plasmas, 13(3), p.032507_1 - 032507_9, 2006/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:59.92(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは高リサイクリング定常(HRS)Hモードと呼んでいる新しい運転領域が開拓されている。HRS Hモードに附随して、10-100kHzのオーダーの特徴的な磁場揺動が磁気プローブに観測され、特にトロイダルモード数がn=1とn$$sim$$7の2つの揺動が重要と考えられる。本研究ではこれら2つの相互作用を明らかにするために、バイコヒーレンスの手法を用いて磁気プローブデータを解析することで、位相結合による別の揺動成分の存在を明らかにした。他装置で観測されるELM無しあるいは小振幅ELMのHモード中に観測される揺動との比較についても言及する。

論文

Neutronics design of the low aspect ratio tokamak reactor, VECTOR

西谷 健夫; 山内 通則*; 西尾 敏; 和田 政行*

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1245 - 1249, 2006/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:29.56(Nuclear Science & Technology)

低アスペクト比(アスペクト比2.3)のトカマクVECTORにおいて、超電導トロイダル磁場コイルの十分な遮蔽と1以上のトリチウム増殖比を確保することを目標に中性子工学設計を行った。増殖ブランケットとして自己冷役型LiPbブランケットを採用した場合、外側にLiPb自己冷役型ブランケットだけでは1以上のトリチウム増殖比は困難であるが、水素化バナジウムを主遮蔽材とする内側ブランケットに約13cm厚のLiPb層を追加することにより、内側超電導トロイダル磁場コイルの遮蔽と、1以上のトリチウム増殖比を同時に満足できることを示した。

論文

Japanese activities in ITER transitional arrangements

森 雅博; ITER Japanese Participant Team

Fusion Engineering and Design, 81(1-7), p.69 - 77, 2006/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.23(Nuclear Science & Technology)

ITER移行措置(ITA)では、各参加極ごとに設けられた参加極チームの協力のもとに国際チームを中心としてITER建設の準備作業が進められている。日本では、原研の中に編成された日本参加極チーム(JA-PT)がITER機器の調達における製作技術と品質管理手法を確証するために必要な多くの技術作業を分担実施して貢献してきた。例えば、JA-PTは、Nb$$_{3}$$Sn撚り線の試作試験を日本国内4社の協力を得て進めており、既に一社に対してはITERの要求条件を満足する一つの撚り線構造を決定することができた。他社の試作撚り線を含めて全ての撚り線の確認は、2005年末までに完了する予定である。TFコイルの構造材料や中心ソレノイドコイルジャケットの工業レベルでの試作も進めている。また、真空容器や遮蔽ブランケットモジュールの部分モックアップの試作によって、製作技術と品質試験法の実証を進めているところである。さらに、より信頼性が高く長期間にわたる安定な運転や長パルス運転に向けて、NB及びECシステムに関する幾つかの改善法を見いだすなど、設計の詳細化に資する検討等を実施した。これらの準備作業を実施することによりITER機器の調達仕様を最終化することが可能になる。

論文

Fracture mechanics analysis including the butt joint geometry for the superconducting conductor conduit of the national centralized tokamak

高橋 弘行*; 工藤 祐介; 土屋 勝彦; 木津 要; 安藤 俊就*; 松川 誠; 玉井 広史; 三浦 幸俊

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1005 - 1011, 2006/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.7(Nuclear Science & Technology)

JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)のセンターソレノイドのケーブルインコンジット(CICC)は、矩形断面のSUS製のコンジットの中心に円形に超伝導線材を配置した構造であり、全長約2.2kmのコンジットを約10mごとに溶接して製作される。この溶接部の健全性を評価するためには、想定される最大溶接欠陥の応力拡大係数を求める必要がある。この応力拡大係数は、平板表面に半楕円亀裂を想定し、Newman-Rajuの式により計算することはできるが、実形状のCICCとの相違が評価に与える影響が明らかではなかった。そこで、この形状ファクタを求めるために、三次元有限要素法を用い実形状のCICCの想定欠陥について応力拡大係数を計算した。この結果、矩形断面のCICCの最大想定欠陥の最大応力拡大係数について三次元有限要素法で求めた値は、Newman-Rajuで求めた値よりも3%大きいだけであることがわかった。このことから、Newman-Rajuの式はこのような矩形断面のCICCに関する破壊靭性の評価に用いることが適用可能であることが判明した。本論文ではこの結果も含め欠陥形状,溶接開先のシニング形状をパラメータに多数有限要素法解析の値とNewman-Rajuの値と比較した結果についての詳細を述べる。

論文

Heating, current drive, and advanced plasma control in JFT-2M

星野 克道; 山本 巧; 玉井 広史; 大麻 和美; 川島 寿人; 三浦 幸俊; 小川 俊英; 荘司 昭朗*; 柴田 孝俊; 菊池 一夫; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.139 - 167, 2006/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.7(Nuclear Science & Technology)

JFT-2Mで開発されたさまざまな加熱電流駆動装置や外部コイルやダイバーターバイアス装置により得られた成果を先進能動的トカマクプラズマ制御の観点からレビューする。各装置の設計などについても特徴を述べる。この分野でのJFT-2Mの貢献についてまとめる。

論文

Reduced divertor heat loads, plasma shape effects, and radial electric field structures in JFT-2M HRS H-mode plasmas

神谷 健作; 川島 寿人; 井戸 毅*; 大山 直幸; Bakhtiari, M.*; 河西 敏; 草間 義紀; 三浦 幸俊; 小川 宏明; 都筑 和泰; et al.

Nuclear Fusion, 46(2), p.272 - 276, 2006/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:86.76(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは今回プラズマ周辺部のパラメータを詳細に調べ、HRS Hモードの運転領域をペデスタルパラメータの観点から調べた。HRS Hモードはプラズマ周辺部のパラメータが高密度・低温状態で観測され易く、低密度・高温状態では大振幅のELMが発生した。密度,温度、及び安全係数をスキャンした結果、プラズマ周辺部の規格化衝突周波数が運転領域を決定する重要なパラメータの一つであることが示唆され、ELMy/HRS運転領域境界は規格化衝突周波数が1付近に存在することがわかった。

論文

Critical $$beta$$ analyses with ferromagnetic and plasma rotation effects and wall geometry for a high $$beta$$ steady state tokamak

栗田 源一; Bialek, J.*; 津田 孝; 安積 正史*; 石田 真一; Navratil, G. A.*; 櫻井 真治; 玉井 広史; 松川 誠; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 46(2), p.383 - 390, 2006/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:63(Physics, Fluids & Plasmas)

限界ベータの値は、アスペクト比が3のトカマクでは、$$mu$$/$$mu$$$$_{0}$$$$sim$$2, $$mu$$$$mu$$$$_{0}$$は、各々強磁性体壁と真空の透磁率を表す、の強磁性の効果によって約8%減少することが示された。高アスペクト比のトカマクでは、観測されなかったトロイダル・プラズマ回転とプラズマ散逸の効果によってできる抵抗性壁モードに対する安定窓がアスペクト比が3のトカマクでは存在することが示された。安定窓に対する強磁性の効果もまた調べられた。VALENコードによる有限抵抗の安定化板と真空容器の形状を含めたNCT(国内重点化装置)プラズマの限界ベータ解析が始められ、安定化板の受動的安定化効果に対する結果が得られた。NCTプラズマの現状の設計案に対する真空容器及び能動的フィードバック制御の安定化効果を含んだ計算もまた行われた。

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