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論文

Electron heat diffusivity in radially-bounded ergodic region of toroidal plasma

菅野 龍太郎*; 沼波 政倫*; 佐竹 真介*; 松岡 清吉; 高丸 尚教*

Nuclear Fusion, 58(1), p.016033_1 - 016033_7, 2018/01

 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

摂動磁場による磁気面の破壊を伴う乱れた磁場構造をもつトーラスプラズマ中の電子熱輸送について研究を行った。本論文では、摂動磁場に沿った粒子の平行方向軌道に起因する熱輸送が、捕捉粒子軌道の効果によって低減されることを明らかにした。

論文

Turbulent transport reduction induced by transition on radial electric field shear and curvature through amplitude and cross-phase in torus plasma

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*

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.14971_1 - 14971_8, 2017/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:27.2(Multidisciplinary Sciences)

Spatiotemporal evolutions of radial electric field and turbulence are measured simultaneously in the H-mode transition, which is a prototypical example of turbulence structure formation in high-temperature plasmas. In the dynamical phase where transport barrier is established abruptly, the time-space-frequency-resolved turbulent particle flux is obtained. Here we report the validation of the mechanism of transport barrier formation quantitatively. It is found that the particle flux is suppressed predominantly by reducing density fluctuation amplitude and cross phase between density fluctuation and potential fluctuation. Both radial electric field shear and curvature are responsible for the amplitude suppression as was predicted by theory. Turbulence amplitude reduction immediately responds to the growth of the radial electric field non-uniformity and saturates, while cross phase continuously approaches zero.

論文

Benchmark of the local drift-kinetic models for neoclassical transport simulation in helical plasmas

Huang, B.*; 佐竹 真介*; 菅野 龍太郎*; 洲鎌 英雄*; 松岡 清吉

Physics of Plasmas, 24(2), p.022503_1 - 022503_19, 2017/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:62.15(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ中の衝突性輸送(新古典輸送)を記述するドリフト運動論方程式に関して、近年、ゼロ軌道幅(ZOW)モデルと呼ばれる新たな局所近似近似モデルが提案されている。本研究では、ZOWモデルに基づく新古典輸送評価の妥当性を検証することを目的として、典型的な3つのヘリカル型磁場配位LHD, HSX, W7-Xのプラズマについて、種々の近似モデルを用いた新古典輸送及び平行方向フローのベンチマーク計算を実施した。その結果、ZOWモデルによる新古典輸送は径電場が大きく粒子の$$Etimes B$$ドリフトが大きい時には従来型の近似モデルをほぼ再現することを示した。また、従来型近似モデルを用いた場合には、$$Etimes B$$ドリフトが小さく磁場ドリフトと同程度になった際に生じる非物理的な大きな新古典輸送が生じるが、このような非物理的な輸送の増大がZOWモデルでは生じないことも明らかになった。

論文

Development of a drift-kinetic simulation code for estimating collisional transport affected by RMPs and radial electric field

菅野 龍太郎*; 沼波 政倫*; 佐竹 真介*; 松岡 清吉; 高丸 尚教*

Contributions to Plasma Physics, 56(6-8), p.592 - 597, 2016/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.43(Physics, Fluids & Plasmas)

共鳴摂動磁場と径電場の効果を含む準定常状態の衝突性輸送を計算するための$$delta f$$法に基づくドリフト運動論コードを開発した。本論文では、コードの妥当性を複数のテスト問題によって確認した。その結果、径電場がない場合に磁力線のカオス的振る舞いによって強く影響を受ける電子輸送が、正の径電場によって低減されることを明らかにした。

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

Radially local approximation of the drift kinetic equation

洲鎌 英雄*; 松岡 清吉; 佐竹 真介*; 菅野 龍太郎*

Physics of Plasmas, 23(4), p.042502_1 - 042502_11, 2016/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.22(Physics, Fluids & Plasmas)

ドリフト運動論方程式について、$$rm E times B$$及び磁気面に沿ったドリフトの両者を含む新たな径方向局所近似モデルを構築した。このモデルは保存系で表現されており定常解を得るための追加のソース項を必要としない為、数値計算に適したモデルとなっている。このモデルから得られる解は、準対称性を持つ磁場配位における性質として重要な、衝突性粒子輸送の両極性条件を満たす。また、逆に、両極性条件を故意に破るような近似モデルを考えた場合には、衝突性輸送によるエントロピー生成の正値性及び拡散係数のオンサーガー対称性が得られることを示した。

論文

液体ダイバータ

嶋田 道也; 宮澤 順一*

プラズマ・核融合学会誌, 92(2), p.119 - 124, 2016/02

AA2015-0751.pdf:0.61MB

能動対流型の液体金属ダイバータは、原型炉における熱負荷除去やディスラプション対策などの課題を解決する選択肢として有望である。この章では、研究の動機、これまでの経過、最近の動き、将来の展望、研究の課題について概説する。

論文

Performance verification tests of JT-60SA CS model coil

尾花 哲浩*; 村上 陽之; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 力石 浩孝*; 三戸 利行*; 今川 信作*; 木津 要; 夏目 恭平; 吉田 清

Physica C, 518, p.96 - 100, 2015/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.44(Physics, Applied)

In the JT-60 Super Advanced (JT-60SA) fusion experimental device, the magnet system consists of a central solenoid (CS) coil, 18 toroidal field coils and 6 plasma equilibrium (EF) field coils. The CS coil is composed of four electrically independent modules consisting of a quad-pancake and 6 octa-pancakes. In order to verify the process for the coil manufacturing and the fabrication jigs, the CS model coil was developed. The model coil is composed of one quad-pancake, which is the same dimension as the quad-pancake utilized in the module of the CS coil. Nb$$_{3}$$Sn cable-in-conduit (CIC) conductors used for the model coil is the same as conductors for the CS coil. As a final check of the coil manufacturing, the cold test of the model coil was conducted at the Nation Institute for Fusion Science (NIFS) test facility. The critical current, joint resistance, and pressure drop of the model coil were measured in the cold test. In addition, self-magnetic field of the model coil was measured. In this paper, the results of the performance verification tests are described.

論文

Observation of dynamics and modification of solid surface using a picosecond soft X-ray laser

錦野 将元; 河内 哲哉; 長谷川 登; 石野 雅彦; 南 康夫*; 末元 徹*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 佐藤 克俊*; Faenov, A.*; et al.

X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.958902_1 - 958902_7, 2015/09

The high quality soft X-ray laser (SXRL) source enables us to achieve quite high spatial-resolution as a probe and quite intense X-ray as a pump. As an application using the SXRL, we have observed the spallative ablation process by the interaction with SXRL or femto-second (fs) laser. In the presentation, we show several new application results using the SXRL. We discuss the scenario of the spallative ablation of the sample surface. The numerical simulation study is underway by using a molecular dynamics code. These results lead to understanding the full process of the interaction with the SXRL and/or fs laser.

論文

On the spatial structure of solitary radial electric field at the plasma edge in toroidal confinement devices

伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 神谷 健作; 糟谷 直宏*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(7), p.075008_1 - 075008_7, 2015/07

 被引用回数:14 パーセンタイル:17.25(Physics, Fluids & Plasmas)

分岐理論モデルに基づく孤立径電場構造に関して、トカマク及びヘリカル系プラズマの両者のプラズマ及び幾何学パラメータ依存性を理論的に調べた。その結果、理論的に予想される径電場のオーダーはトカマクのHモードプラズマにおける実験値と良い一致が得られた。一方ヘリカルでは、リップル損失輸送によって径電場のピーク値は低減する一方、その幅は大きく影響を受けないことが分かった。本論文では、Hモードペデスタル部の到達可能な圧力勾配限界値についても論じている。

論文

Development of Terminal Joint and Lead Extension for JT-60SA Central Solenoid

村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 古川 真人; 夏目 恭平; 土屋 勝彦; 神谷 宏治; 小出 芳彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4201305_1 - 4201305_5, 2015/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.02(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60Uのマグネットシステムを超伝導に改修するJT-60SA計画が進められている。CSのターミナル接続部はNb$$_{3}$$Sn導体とNbTi導体を接続するシェイクハンド型のラップジョイントを用いて製作される。ターミナル接続部は、CSの上部および下部に配置され、CSシステムの中央に位置するモジュールはターミナル接続部とモジュール間をリードエクステンションと呼ばれる部品を用いて接続される。ターミナル接続部の接続抵抗は核融合科学研究所の大型試験装置を用いて測定した。試験の結果、接続抵抗値はJT-60SAのマグネットシステムの要求値を満足することが確認できた。また、リードエクステンション部およびサポートの構造解析を行い、設計が成り立つことを確認した。本発表では、今回実施した接続抵抗試験の結果およびリードエクステンション部の構造解析の結果について報告する。

論文

Electromagnetic gyrokinetic simulation of turbulence in torus plasmas

石澤 明宏*; 前山 伸也; 渡邉 智彦*; 洲鎌 英雄*; 中島 徳嘉*

Journal of Plasma Physics, 81(2), p.435810203_1 - 435810203_41, 2015/04

 被引用回数:12 パーセンタイル:22.14(Physics, Fluids & Plasmas)

Gyrokinetic simulations of electromagnetic turbulence in magnetically confined torus plasmas including tokamak and heliotron/stellarator are reviewed. Magnetic perturbations can influence some key mechanisms of turbulent transport. Linear analysis shows that the ion-temperature gradient instability is unstable in low beta plasma and its growth rate is reduced by magnetic field line bending, while the kinetic ballooning mode is destabilized at high beta. In addition, trapped electron modes, electron temperature gradient modes, and micro-tearing modes can be destabilized. These instabilities are classified into two categories: ballooning parity and tearing parity modes. These parities are mixed by nonlinear interactions. In the nonlinear evolution, the zonal flow shear acts to regulate the ITG driven turbulence at low-beta. On the other hand, at finite beta, interplay between the turbulence and zonal flows becomes complicated because the production of zonal flow is influenced by the finite beta effects.

論文

Actively convected liquid metal divertor

嶋田 道也; 廣岡 慶彦*

Nuclear Fusion, 54(12), p.122002_1 - 122002_7, 2014/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:15.86(Physics, Fluids & Plasmas)

核融合炉のダイバータ材料に最も有望なものとしてタングステンが検討されている。タングステン・ダイバータはITER実験炉の熱負荷には耐えられるものの、原型炉レベルの熱負荷を処理することは困難である。またディスラプション等に伴って短時間に膨大な熱負荷が生じた場合、溶融し再固化した後タングステン表面に凹凸が生じるため処理可能な熱負荷が著しく劣化する可能性がある。さらにタングステンは延性脆性遷移温度が摂氏400度と高く、中性子照射によりさらに上昇して亀裂を生じる懸念がある。そこで液体金属をダイバータ材料として用い、磁場に垂直の電流を液体金属中に流すことにより液体金属を循環させることを提案する。液体金属の流速が0.3m/s程度あれば、原型炉レベルの熱負荷を処理することが可能である。MHD方程式を円筒座標系で検討し、電極に印加する電圧は数ボルト程度で十分であること、隣接するダイバータ・モジュールの間に絶縁版を設置し、電圧の立ち上げを1分程度かけて行えば、電極あたりの電流は数アンペアに抑制できることを示した。この初期的解析により、この新しいダイバータ概念が更なる検討に値することを示した。

論文

タングステンにおけるフェムト秒レーザーアブレーション過程の軟X線レーザー反射・干渉観測

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 馬場 基芳*; 南 康夫*; 河内 哲哉; et al.

レーザー学会第471回研究会報告; 短波長量子ビーム発生と応用, p.9 - 12, 2014/12

フェムト秒レーザーアブレーションによるリップル形成、ナノスケールアブレーションやナノ粒子生成などに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。これまでの金や白金に加えて融点の高いタングステンを用いて実験を開始した。フェムト秒レーザー照射によるタングステンのアブレーション過程の解明のために、フェムト秒レーザー(波長795nm、パルス幅80fs)ポンプ・ピコ秒軟X線レーザー(波長13.9nm、パルス幅7ps)プローブを構築し、ピコからナノ秒スケールで起きる金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を行った。レーザー照射の数ピコ秒後から数ナノ秒後の時間領域のサンプル表面でのアブレーション面の膨張過程について軟X線による反射及び干渉計測を行い、アブレーションフロントの表面状態について解析を行った。また、講演ではタングステンと他の金属のアブレーション過程の違いについて考察を行う。

論文

A Study on fast digital discrimination of neutron and $$gamma$$-ray for improvement neutron emission profile measurement

内田 雄大*; 高田 英治*; 藤崎 明広*; 磯部 光孝*; 小川 国大*; 篠原 孝司; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11E118_1 - 11E118_4, 2014/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.48(Instruments & Instrumentation)

Neutron and $$gamma$$-ray discrimination with a digital signal processing system has been used to measure the neutron emission profile in magnetic confinement fusion devices. However, a sampling rate must be set low to extend the measurement time because the memory storage is limited. Time jitter decreases a discrimination quality due to a low sampling rate. As described in this paper, a new charge comparison method was developed. Furthermore, automatic neutron-$$gamma$$ discrimination method was examined using a probabilistic approach. Analysis results were investigated using the figure of merit. Results show that the discrimination quality was improved. Automatic discrimination was applied using the EM algorithm and k-means algorithm.

論文

Dynamics of edge limit cycle oscillation in the JFT-2M tokamak

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.

Nuclear Fusion, 54(7), p.073017_1 - 073017_14, 2014/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:19.2(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2MトカマクのLH遷移直前において、種々のパラメータにリミットサイクル振動が観測された。リミットサイクル振動の時間的、空間的ダイナミクスを詳細に解析したところ、帯状流は観測されず、プラズマ周辺部に局在化したポロイダルフローと密度勾配の振動が存在することが明らかとなった。その振動は乱流の原因と考えられるレイノルズストレスにも観測されているが、平均的なプラズマフローの駆動力としては小さい。密度勾配の内向きの伝搬と小さい乱流粒子束も観測されており、乱流拡散理論と比較した実験的検証結果を報告する。

論文

Development and test of JT-60SA central solenoid model coil

村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 小出 芳彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 力石 浩孝*; 夏目 恭平*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4200205_1 - 4200205_5, 2014/06

 被引用回数:17 パーセンタイル:20.85(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SAの中心ソレノイドは、ひずみに弱いNb$$_{3}$$Sn素線を用いたケーブル・イン・コンジット導体を用いて製作される。中心ソレノイドモデルコイルは、実機製作を開始する前にコイル巻線や接続部の製作方法の妥当性を検証するために製作し、極低温において通電試験を行った。モデルコイルは4層のパンケーキコイルからなり、内径や外径、絶縁構成などは実機と同じである。実機製作に使用される治具用い、実機と同等の手順で製作した。モデルコイルは、核融合科学研究所のコイル試験装置を用いて極低温において通電試験を行った。試験の結果、圧力損失や臨界電流値,接続抵抗値は要求性能を満たすことが確かめられ、Nb$$_{3}$$Snマグネットの製作方法が確立できた。本論文では、中心ソレノイドモデルコイルの仕様及び製作方法、試験について報告する。

論文

Thermal stability of butt joint for CS conductor in JT-60SA

高尾 智明*; 川原 譲*; 中村 一也*; 山本 侑祐*; 谷貝 剛*; 村上 陽之; 吉田 清; 夏目 恭平*; 濱口 真司*; 尾花 哲浩*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4800804_1 - 4800804_4, 2014/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.24(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SAの中心ソレノイド(CS)は、6つの8層パンケーキコイルと1つの4層パンケーキコイルから構成される。パンケーキコイル間の接続は、プラズマへ供給する磁束を大きくするために、省スペースで設置が可能なITER-EDAのCSモデルコイルで開発された突合せ接続により行われる。本研究ではCS用突合せ接続サンプルを用いて、通電電流値,超臨界圧ヘリウム(SHe)流量, SHe圧力,外部磁場を変化させクエンチ温度(Tq)を測定した。また有限要素法(FEM)解析ソフトCOMSOL Multiphysicsを用いてCS突合せ接続内の温度上昇及び温度分布の数値計算を実施した。これらの試験と解析の結果、CS突合せ接続部はSHe流量が減少しても安定に運転できることがわかった。本論文では、Tq測定試験やFEM解析モデル及びCS接続部のTqとSHe流量の評価結果について報告する。

論文

Electromagnetic gyrokinetic turbulence in finite-beta helical plasmas

石澤 明宏*; 渡邉 智彦*; 洲鎌 英雄*; 前山 伸也; 中島 徳嘉*

Physics of Plasmas, 21(5), p.055905_1 - 055905_10, 2014/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.79(Physics, Fluids & Plasmas)

A saturation mechanism for microturbulence in a regime of weak zonal flow generation is investigated by means of electromagnetic gyrokinetic simulations. The study identifies a new saturation process of the kinetic ballooning mode (KBM) turbulence originating from the spatial structure of the KBM instabilities in a finite-beta Large Helical Device (LHD) plasma. Specifically, the most unstable KBM in LHD has an inclined mode structure with respect to the mid-plane of a torus, i.e., it has a finite radial wave-number in flux tube coordinates, in contrast to KBMs in tokamaks as well as ion-temperature gradient modes in tokamaks and helical systems. The simulations reveal that the growth of KBMs in LHD is saturated by nonlinear interactions of oppositely inclined convection cells through mutual shearing as well as by the zonal flow. The saturation mechanism is quantitatively investigated by analysis of the nonlinear entropy transfer that shows not only the mutual shearing but also a self-interaction with an elongated mode structure along the magnetic field line.

論文

Evaluation of inter-laminar shear strength of GFRP composed of bonded glass/polyimide tapes and cyanate-ester/epoxy blended resin for ITER TF coils

辺見 努; 西村 新*; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; 西嶋 茂宏*; 四竃 樹男*

AIP Conference Proceedings 1574, p.154 - 161, 2014/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.98

原子力機構はITERトロイダル磁場(TF)コイル9個の製作を担当している。ITER TFコイルの絶縁システムは導体絶縁、ダブルパンケーキ(DP)絶縁及び対地絶縁の三層構造となっており、それぞれ、樹脂を真空含浸した多層のガラス・ポリイミド・テープから構成される。ITER TFコイルは20年間の運転中に10$$^{22}$$個/m$$^{2}$$の高速中性子に曝されるため、$$gamma$$線及び中性子線を合わせて10MGyの照射に耐える耐放射線性が要求される。ITER TFコイルに要求される耐放射線性を有する絶縁材として、シアネート・エステルとエポキシ樹脂の混合樹脂及びガラス・ポリイミド接着テープを用いた絶縁材を開発した。開発した絶縁材の耐放射線性を評価するため、原子炉で照射した絶縁材試験片の層間せん断強度を測定し、ITER TFコイルに適用可能な耐放射線性を有することを検証した。

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