Study on detachment scenario in fusion plasmas by the fast two-dimensional spectroscopic measurement of local density

• Project/Area Number: 24360383
• 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: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: MIYAZAWA Junichi 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (50300728)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): MOTOJIMA Gen 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00509507) ; MORISAKI Tomohiro 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (60280591) ; GOTO Motoshi 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00290916) ; SHOJI Mamoru 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00280602) ; KOBAYASHI Masahiro 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30399307) ; AKIYAMA Tsuyoshi 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (80370138) ; MASUZAKI Suguru 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80280593)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2014: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2013: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2012: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
• Keywords: 超音速ガスパフ / デタッチメント / 大型ヘリカル装置 / プラズマ実験 / 線強度法 / 二次元計測 / 高速カメラ / ヘリオトロン / 周辺プラズマ / ダイバータ / エネルギー閉じ込め / プラズマ物理 / プラズマ・壁相互作用 / プラズマ計測

Outline of Final Research Achievements

For realization of a fusion reactor, it has been desired to establish a method to mitigate the large heat load on a plasma-facing component called the divertor. In this study, a series of experiment using the supersonic gas flow has been performed in the Large Helical Device (LHD). A long Laval nozzle of 2.4 m length was used to produce the supersonic gas flow and to increase the local edge density of the plasmas. As a result, the plasma edge temperature was decreased and the radiation loss was increased successfully. Two-dimensional profile measurement of electron density and temperature has been conducted using the supersonic helium gas flow. Three line spectra of helium have been chosen for the line-intensity ratio method. In the edge region, the electron temperature profile shows a layer structure similar to that of magnetic surfaces, while the electron density profile has a peak at the position where the gas flow contacts with the plasma.

Research Products

• [Journal Article] Helical reactor design FFHR-d1 and c1 for steady-state DEMO (2014)
  • Author(s): A. Sagara, H. Tamura, T. Tanaka, N. Yanagi, J. Miyazawa, T. Goto, R. Sakamoto, J. Yagi, T. Watanabe, S. Takayama, the FFHR design group
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: 89 Pages: 2114-2120
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2014.02.076
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physics analyses on the core plasma properties in the helical fusion DEMO reactor FFHR-d1 (2014)
  • Author(s): J. Miyazawa, Y. Suzuki, S. Satake, R. Seki, Y. Masaoka, S. Murakami, M. Yokoyama, Y. Narushima, M. Nunami, T. Goto, C. Suzuki, I. Yamada, R. Sakamoto, H. Yamada, A. Sagara and the FFHR Design Group
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 54 Pages: 043010-043010
  • DOI: 10.1088/0029-5515/54/4/043010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 小特集 ヘリカル型核融合炉設計の現状と展望 ２. ヘリカル炉心プラズマの設計 (2013)
  • Author(s): 宮澤順一、横山雅之、鈴木康浩、佐竹信介、政岡義唯、村上定義、關良輔、後藤拓也
  • Journal Title: プラズマ・核融合学会誌 Volume: 89 Pages: 366-373
• [Journal Article] An evaluation of fusion gain in the compact helical fusion reactor FFHR-c1 (2013)
  • Author(s): J. Miyazawa, T. Goto, R. Sakamoto, A. Sagara, and the FFHR Design Group
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 54
  • DOI: 10.1088/0029-5515/54/1/013014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fueling characteristics of supersonic gas puffing applied to large high-temperature plasmas in the Large Helical Device (2012)
  • Author(s): Akiyoshi Murakami, 他6名
  • Journal Title: Plasma Physics and Controlled Fusion 54 (2012)055006 Volume: VOL.54 Pages: 55006-55006
  • DOI: 10.1088/0741-3335/54/5/055006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formularization of the confinement enhancement factor as a function of the heating profile for FFHR-dl core plasma design (2012)
  • Author(s): J. Miyazawa, T. Goto, R. Sakamoto, G. Motojima, C. Suzuki, H. Funaba, T. Morisaki, S. Masuzaki, I. Yamada, S. Murakami, 他
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 52 Pages: 123007-123007
  • DOI: 10.1088/0029-5515/52/12/123007
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Collisionality dependence of electron energy confinement in the mantle region of plasmas with the electron internal transport barrier (2014)
  • Author(s): J. Miyazawa, Y. Yoshimura, S. Kubo, Y. Shimozuma, I. Yamada, T. Goto, M. Yokoyama, R. Seki, and LHD Experiment Group
  • Organizer: PLASMA Conference 2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県）
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [Presentation] Impact of Energy Confinement Improvement in LHD on the Q-value Expected for the Compact Helical Reactor FFHR-c1 (2014)
  • Author(s): J. Miyazawa, T. Goto, R. Sakamoto, H. Tamura, A. Sagara, and the FFHR Design Group
  • Organizer: 24th International Toki Conference
  • Place of Presentation: セラトピア土岐（岐阜県）
  • Year and Date: 2014-11-04 – 2014-11-07
• [Presentation] ヘリカル核融合炉のミニマムターゲットは装置サイズによってどう変わるか (2014)
  • Author(s): 宮澤順一, 後藤拓也, 坂本隆一, 柳長門, 田村仁, 田中照也, 相良明男, FFHR設計グループ
  • Organizer: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県）
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] Complete Detachment of Helical Plasmas with the Electron Internal Transport Barrier Sustained by Electron Cyclotron Heating in LHD (2014)
  • Author(s): J. Miyazawa, H. Tanaka, S. Masuzaki, T. Akiyama, G. Motojima, Y. Yoshimura, S. Kubo, T. Shimozuma, I. Yamada, N. Ohno, and LHD Experiment Group
  • Organizer: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions
  • Place of Presentation: 石川県立音楽堂（石川県）
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-30
• [Presentation] Supersonic Gas Puffing Experiment using a Long and High Expansion Ratio Laval Nozzle in LHD (2013)
  • Author(s): J. Miyazawa, A. Murakami, D. Ogawa, T. Morisaki, H. Tanaka, and LHD Experiment Group
  • Organizer: 23rd International Toki Conference
  • Place of Presentation: 岐阜県土岐市
• [Presentation] LHDにおける長尺ラバールノズルを用いた超音速ガスパフ実験 (2013)
  • Author(s): J. Miyazawa, A. Murakami, D. Ogawa, T. Morisaki, H. Tanaka, and LHD Experiment Group
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第30回年会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区大岡山
• [Presentation] コンパクトヘリカル核融合炉FFHR-c1における核融合利得の評価 (2013)
  • Author(s): J. Miyazawa, T. Goto, A. Sagara, and the FFHR Design Group
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第30回年会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区大岡山
• [Presentation] 大型ラバールノズルを用いたヘリウムビームプローブ計測 (2013)
  • Author(s): 森崎友宏，小川大輔，宮澤順一，田中宏彦，村上昭義，LHD実験グループ
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第30回年会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区大岡山
• [Presentation] トーラス周辺プラズマ計測用ヘリウムビームプローブの開発 (2013)
  • Author(s): 森崎友宏、小川大輔、村上昭義、宮澤順一、蓮池祐紀、岡本和也、大嵩智裕、蔦川生璃、後藤基志、吉村信次
  • 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(広島県)
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] ヘリウムビームプローブによるLHD周辺プラズマの二次元的計測 (2013)
  • Author(s): 小川大輔、森崎友宏、村上昭義、宮澤順一、LHD実験グループ
  • 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(広島県)
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] Design Study of a Helical Type Nuclear Test Machine (2012)
  • Author(s): J. Miyazawa, T. Goto, A. Sagara and the FFHR Design Group
  • Organizer: 1^<st>IAEA DEMO Programme Workshop
  • Place of Presentation: カリフォルニア大学ロサンゼルス校(アメリカ)
• [Presentation] 大型ヘリカル装置における超音速ガスパフ中の周辺プラズマの局所的な振舞い (2012)
  • Author(s): 村上昭義、宮澤順一、小川大輔、森崎友宏、山田一博、後藤基志、増崎貴、坂本隆一、山田弘司、LHD実験グループ
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第29回年会
  • Place of Presentation: クローバープラザ(福岡県)
  • Year and Date: 2012-11-28
• [Presentation] 加熱分布による閉じ込め改善効果の定量評価と直接分布外挿法への導入 (2012)
  • Author(s): 宮澤順一、後藤拓也、増崎貴、吉村泰夫、久保伸、鈴木千尋、鈴木康浩、横山雅之、相良明男、FFHR設計グループ
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第29回年会
  • Place of Presentation: クローバープラザ(福岡県)
  • Year and Date: 2012-11-28
• [Presentation] ELM frequency control using high frequency supersonic gas puffing in LHD (2012)
  • Author(s): A. Murakami, J. Miyazawa, S. Sakakibara, T. Akiyama, Y Suzuki, S. Ohdachi, S. Masuzaki, T. Morisaki, R. Sakamoto, H. Yamada and the LHD Experiment Group
  • Organizer: 22^<nd> International Toki Conference
  • Place of Presentation: セラトピア土岐(岐阜県)
  • Year and Date: 2012-11-21
• [Presentation] Energy Confinement of Completely Detached Plasmas Fueled by Supersonic Gas Puffing in LHD (2012)
  • Author(s): J. Miyazawa, A. Murakami, S. Masuzaki, T. Morisaki, M. Goto, Y. Yposhimura, S. Kubo, C. Suzuki, Y. Suzuki, M. Yokoyama, H. Yamada, and LHD Experiment Group
  • Organizer: 22^<nd> International Toki Conference
  • Place of Presentation: セラトピア土岐(岐阜県)
  • Year and Date: 2012-11-21
• [Presentation] Multifarious Physics Analysis of the Core Plasma Properties in a Helical DEMO Reactor FFHR-dl (2012)
  • Author(s): J. Miyazawa, M. Yokoyama, Y. Suzuki, Y. Masaoka, S. Murakami, S. Satake, T. Goto, R. Seki, M. Nunami, H. Funaba, I. Yamada, C. Suzuki, R. Sakamoto, G. Motojima, H. Yamada, and A. Sagara
  • Organizer: 24^<th> IAEA Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: ヒルトンサンディエゴペイフロントホテル(アメリカ)
  • Year and Date: 2012-10-12
• [Presentation] FFHR-dl炉心プラズマ設計のための直接分布外挿法に基づくデータ抽出手法について (2012)
  • Author(s): 宮澤順一、後藤拓也、舟場久芳、鈴木千尋、横山雅之、鈴木康浩、相良明男、FFHR-dl設計グループ
  • Organizer: 第9回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(兵庫県)
  • Year and Date: 2012-06-29
• [Presentation] LHDにおける超音速ガスパフを用いた粒子供給に関する研究 (2012)
  • Author(s): 村上昭義、宮澤順一、鈴木千尋、山田一博、後藤基志、森崎友宏、坂本隆一、山田弘司
  • Organizer: 第9回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(兵庫県)
  • Year and Date: 2012-06-09