Demonstration of plasma position stability with simple helical coils

• Project/Area Number: 24360379
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: IIO Shunji 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 准教授 (90272723)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TSUTSUI Hiroaki 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 准教授 (20227440) ; SHIMADA Ryuichi 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (40206181)
• Research Collaborator: HATAKEYAMA Shoichi 東京工業大学, 大学院創造エネルギー専攻
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2013: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2012: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
• Keywords: トカマク / 位置安定性 / ヘリカルコイル / ディスラプション / 垂直移動現象 / 自由境界MHD平衡 / トロイダル磁場コイル / フライホイール / ヘリカル磁場 / ECR / フライホイール電源 / 磁場閉じ込め / 核融合炉 / 摂動磁場コイル / 垂直位置変位事象

Outline of Final Research Achievements

Plasma position stabilizing effect of simple helical coils were confirmed by experiments on a small tokamak with circular cross-section. Three dimensional free boundary calculation showed that MHD equilibria are possible even with simple helical coils installed on half of torus and toroidal field coils and without axisymmetric vertical fields. The horizontal plasma position does not change much even when the plasma current is doubled.
The toroidal field coils (TFCs) of a newly fabricated small tokamak with elongated cross-section to demonstrate the passive plasma position control with simple helical coils are supported only at the outer side of torus by adoption of edge-wise winding of conductors. Vector control of a flywheel generator with an induction motor enabled nearly constant TFC magnetization longer than a second.

Research Products

• [Journal Article] Regulation of electron temperature gradient turbulence by zonal flows driven by trapped electron modes (2014)
  • Author(s): Y. Asahi,
  • Journal Title: Physics of Plasmas Volume: 21 Issue: 5 Pages: 52306-52306
  • DOI: 10.1063/1.4875740
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design and Construction of a Non-circular VDE Free Tokamak; 41st EPS Conference on Plasma Physics (2014)
  • Author(s): S. Hatakeyama, T. Baba, M. Watanabe, T. Kobayashi, H. Tsutsui, S. Tsuji-Iio, K. Nakamura, T. Akiyama:
  • Journal Title: Proc. of 41st EPS Conference on Plasma Physics Volume: 38F
• [Journal Article] Numerical techniques for parallel dynamics in electromagnetic gyrokinetic Vlasov simulations (2013)
  • Author(s): S. Maeyama, A. Ishizawa, T.-H. Watanabe, N. Nakajima, S. Tsuji-Iio, H. Tsutsui
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: 184 Issue: 11 Pages: 24622473-24622473
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2013.06.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A hybrid method of semi-Lagrangian and additive semi-implicit Runge-Kutta schemes for gyrokinetic Vlasov simulations (2012)
  • Author(s): S. Maeyamaa, A. Ishizawa, T.-H. Watanabe, N. Nakajima, S. Tsuji-Iio, H. Tsutsui
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: 183 Issue: 9 Pages: 1986-1986
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2012.04.028
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 非円形断面小型トカマクの製作と初期実験 (2014)
  • Author(s): 畠山昭一、朝比祐一、馬場達也、姚志鵬、小林孝行、渡辺正樹、 村山真道、 筒井広明、飯尾俊二
  • Organizer: Plasma Conference 2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-20
• [Presentation] 磁性体を考慮したトカマク炉内部構造物の渦電流解析 (2014)
  • Author(s): 小林孝行、飯尾俊二、筒井広明、宇藤裕康、高瀬治彦、森一雄、工藤辰哉
  • Organizer: Plasma Conference 2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-20
• [Presentation] インバータ駆動フライホイール付発電機の小型トカマク装置適用 (2014)
  • Author(s): 馬場達也、畠山昭一、飯尾俊二、筒井広明
  • Organizer: Plasma Conference 2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-19
• [Presentation] 三次元平衡計算コードVMECを用いた垂直位置安定化のための摂動コイルの設計 (2014)
  • Author(s): 渡辺正樹、畠山昭一、鈴木康浩、筒井広明、飯尾俊二
  • Organizer: Plasma Conference 2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-19
• [Presentation] 電子温度勾配乱流に対するイオンの非断熱応答効果のシミュレーション研究 (2013)
  • Author(s): 朝比祐一、石澤明宏、渡邉智彦、飯尾俊二、筒井広明、嶋田隆一
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] VDE-FREE小型トカマク装置の設計・製作 (2012)
  • Author(s): 畠山昭一、筒井広明、飯尾俊二、嶋田隆一、柴田欣秀, 他4名
  • Organizer: 第29回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: グローバルプラザ(福岡県)
  • Year and Date: 2012-11-27
• [Presentation] テスト粒子法によるトロイダル磁場中での高周波グロー放電の挙動解析 (2012)
  • Author(s): 朝比祐一、筒井広明、飯尾俊二、嶋田隆一
  • Organizer: 第29回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: グローバルプラザ(福岡県)
  • Year and Date: 2012-11-27
• [Presentation] 表面電流ポテンシャルを用いたLHDプラズマの磁場再構成 (2012)
  • Author(s): 宮浦崇、筒井広明、飯尾俊二、嶋田隆一、渡邊清政、鈴木康浩
  • Organizer: 第29回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: グローバルプラザ(福岡県)
  • Year and Date: 2012-11-27
• [Presentation] 非軸対称磁場を伴うトカマクプラズマの平衡と位置安定性に関する考察 (2012)
  • Author(s): 筒井広明、宮浦崇、畠山昭一、飯尾俊二、嶋田隆一
  • Organizer: 第29回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: グローバルプラザ(福岡県)
  • Year and Date: 2012-11-27
• [Presentation] 非円形断面小型トカマクの製作と調整運転
  • Author(s): 畠山昭一、三浦弘雅、姚志鵬、筒井広明、飯尾俊二、他5名
  • Organizer: 第30回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [Presentation] フライホイール付誘導発電機の過負荷領域利用 ‐ 小型トカマク のポロイダル磁場電源 -
  • Author(s): 三浦弘雅、畠山昭一、磯部高範、姚志鵬、筒井広明、飯尾俊二、嶋田隆一
  • Organizer: 第30回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [Presentation] QUESTにおけるプラズマエネルギーのセンサーレス反磁性測定
  • Author(s): 中村一男、御手洗修、飯尾俊二、長谷川真、徳永和俊、他10名
  • Organizer: 第30回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [Presentation] QUESTの真空容器電流計測のための反射型サニャック干渉計の性能試験
  • Author(s): 南良貴、飯尾俊二、筒井広明、御手洗修中村一男、他3名
  • Organizer: 第30回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [Presentation] 核融合 - 核分裂ハイブリット炉におけるPuの燃焼計算
  • Author(s): 深野健斗、飯尾俊二、筒井広明、染谷洋二
  • Organizer: 第30回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス