2016 Fiscal Year Research-status Report
パルス高出力リコネクション加熱を用いたトカマク点火実験
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15K14279
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
小野 靖 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30214191)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井 通暁 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00324799)
田辺 博士 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30726013)
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Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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Keywords | 磁気リコネクション / プラズマ合体 / イオン加熱 / 球状トカマク / アルファ加熱 / アウトフロー / ショック / 電子加熱 |
Outline of Annual Research Achievements |
次年度は,計画通りこれまで建設した電源・コイルのインフラをさらに高エネルギー化し,電源系も所有の16kV, 0.4MJに加え,40kV, 20kV, 10kVの合計1MJのコンデンサーを他機関から取得し,総エネルギー1.4MJのシステムを自作した。ポロイダルコイル6基もケーブル巻線製から銅ロッド製に組み直し,力学性能が格段に向上した。トロイダルコイルも強化,平衡磁場コイル電源も高エネルギー密度の電気二重層型コンデンサーを採用・自作し,計測系整備も,従来7×5点の2次元計測であったイオン温度計測を32×10点に高精細化するなど,大きな進歩があった。 インフラを利用して合体させる球状トカマクのポロイダル磁場を徐々に引き上げた結果,ホール効果により,リコネクションアウトフローが傾いてX点下流の強いイオン加熱領域が傾く効果やX点に強くピークした電子加熱領域が次々明らかになった。磁場2乗の加熱スケーリングの立証は250eVまで完成している。 リコネクション加熱のみを用いた核融合炉の点火の可能性は内外の注目を集め,2016年10月には日本政府主催のInternational Cool Earth Forum会議に初めて設置された核融合セッションを任されて,招待講演を行ない,IAEA Fusion Energy会議への日本代表論文への採択も3件に達した他,多くの招待講演につながり,高い評価を得ることができた。磁気リコネクションの中心会議であるMR2017国際会議も主催し,盛況であった。 さらに,リコネクション加熱による核融合炉点火のアイデアは英国のベンチャー企業Tokamak Energy社が数億円をかける次期プロジェクトST-40実験に採用され,東京大学が協力して実験をプラン・技術支援し,キーとなるイオン温度計測も東京大学が担当することになるなど実用化に向けて新しい展開につながった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
予算が少ない中,自作により電源拡張は更に進み,計画を大幅に上まわる1.4MJのコンデンサー電源を整備できたこと,ポロイダルコイル6基すべてを銅ロッドで再構成し,力学強度を大幅に強化したこと,320チャンネルを越えたイオン温度計測システムの構築は計画を上まわる進展である。 特にリコネクション加熱のみを用いた核融合炉の点火の可能性は内外の注目を集め,2016年10月には日本政府主催のInternational Cool Earth Forum会議に初めて開催された核融合セッションを小野が任され,招待講演を行った点は特筆できる。招待講演も9件,IAEA Fusion Energy会議への日本代表論文への採択も3件に達し,2件の新聞発表にもつながり,高い評価を得ることができた。学会での注目度の高さが契機となってリコネクション分野の中心となるMR国際会議を2017年3月に東京大学で主催することにつながり,ここでも90名の参加者を集めて,大きな成果をあげている。リコネクション加熱による核融合点火のアイデアが英国のベンチャー企業Tokamak Energy社が数億円をかける次期プロジェクトST-40実験に採用され,東京大学が技術支援することになった点も特筆できる。 以上,リコネクション加熱による核融合炉点火研究は当初計画になかった大きな進展が複数あり,計画を越える高エネルギーの電源,コイルインフラの完成や高精細イオン温度計測システムの構築とともに,計画以上の成果につながったと判断できる。
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Strategy for Future Research Activity |
合体実験の高磁場化と2次元計測のインフラを作ってきた結果,計画を上まわる1.4MJのコンデンサー電源と銅ロッド製ポロイダルコイルに320チャンネルドップラー計測を整備できたので,一連の装置の安全を慎重に確認しつつ,徐々にポロイダル磁場を従来の0.02Tから上げており,イオン温度も100eV超へ上昇している。昨年度,高精細化を進めて320から500チャンネルに達しつつある2次元高精細イオンドップラー計測に目処がついたので,今後はこれを基幹計測として用い,ポロイダル磁場を徐々に引き上げつつ,イオン加熱のスケーリングをTS-3球状トカマク実験でこれまでに立証できた250eVを上まわる領域へ拡大していく予定である。また,本研究のリコネクション加熱による核融合点火のアイデアが英国のベンチャー企業Tokamak Energy社の資金量豊富なST-40実験に採用され,東京大学が協力することになったことから,こちらも並行して進めていく予定である。
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Research Products
(31 results)
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[Journal Article] Investigation of Merging/reconnection Heating during Solenoid-free Startup of Plasmas in the MAST Spherical Tokamak2017
Author(s)
H. Tanabe, T. Yamada, K. Gi, T. Watanabe, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, C. Michael, B. Crowley, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. McClements, J. Harrison, T. O'Gorman, C. Z. Cheng, Y. Ono
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 57
Pages: 056037
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Recent progress of magnetic reconnection research in the MAST spherical tokamak (Invited)2017
Author(s)
H. Tanabe, T. Yamada , T. Watanabe , K. Gi , M. Inomoto , R. Imazawa , M. Gryaznevich , C. Michael , B. Crowley , N. J. Conway , R. Scannell , J. R. Harrison , I. Fitzgerald , A. Meakins , N. C. Hawkes , K. G. McClements , T, O Gorman , C,Z. (Frank) Cheng , Y. Ono , the MAST team
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Journal Title
Physics of Plasmas
Volume: 24
Pages: 056108
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Application of Tomographic Ion Doppler Spectroscopy to Merging Plasma Startup in the MAST Spherical Tokamak (Invited)2016
Author(s)
H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, K. Kadowaki, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. J. Conway, B. Crowley, K. G. McClements, I. Fitzgerald, C. Michael, J. Harrison, A. Meakins, N. Hawkes, T. O’Gorman, C. Z. Cheng, Y. Ono, and the MAST Team
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Journal Title
Plasma and Fusion Research
Volume: 11
Pages: 1302093
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Reconnection Heating Experiments and Simulations for Torus Plasma Merging Startup2016
Author(s)
Y. Ono, T. Yamada, S. Inoue, M. Inomoto, C. Z. Cheng, M. Gryaznavich, R. Scannell, N. J. Conway, B. Crowley, C. Michael, H. Hara, S. Usami and R. Horiuchi
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Journal Title
Fusion Energy 2016
Volume: 1
Pages: EX/P4-38 (8pp)
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Investigation of Merging/reconnection Heating during Solenoid-free Startup of Plasmas in the MAST Spherical Tokamak2016
Author(s)
H. Tanabe, T. Yamada, K. Gi, T. Watanabe, K. Kadowaki, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. J. Conway, C. Michael, B. Crowley, J. Harrison, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. G. McClements, T. O’Gorman, C. Z. Cheng and the MAST team
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Journal Title
Fusion Energy 2016
Volume: 1
Pages: EX/P4-32 (8pp)
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Fine structure formation of high field reconnection experiment in MAST and Univ. Tokyo (invited2017
Author(s)
H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, H. Koike, A. Kuwahata, H. Yamanaka, K. Kimura, M. Narita, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, T. O'Gorman, K. G. McClements, C. Z. Cheng, Y. Ono and the MAST team)
Organizer
MR2017 Conference (US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection)
Place of Presentation
ひめぎんホール, 松山,愛媛
Year and Date
2017-03-19 – 2017-03-23
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] High Power Heating of Magnetic Reconnection in TS, MAST and ST-40 Experiments2017
Author(s)
Y. Ono, H. Tanabe, S. Inoue, K. Gi, X. Guo, R. Horiuchi, S. Usami, C.Z. Cheng, M. Gryaznevich
Organizer
MR2017 Conference (US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection)
Place of Presentation
ひめぎんホール, 松山,愛媛
Year and Date
2017-03-19 – 2017-03-23
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Development of High-Field ST Merging Experiment: TS-U for High Power Reconnection Heating2016
Author(s)
Y. Ono, H. Koike, Tanabe, S. Himeno, S. Ishida, K. Kimura, M. Kawanami, M. Narita, Y. Takahata, T. Yokoyama, M. Inomoto, C. Z. Cheng
Organizer
58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
Place of Presentation
San Jose, CA, USA
Year and Date
2016-10-31 – 2016-11-04
Int'l Joint Research
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[Presentation] Reconnection Heating Experiments and Simulations for Torus Plasma Merging Startup2016
Author(s)
Y. Ono, T. Yamada, S. Inoue, M. Inomoto, C. Z. Cheng, M. Gryaznavich, R. Scannell, N. J. Conway, B. Crowley, C. Michael, H. Hara, S. Usami and R. Horiuchi
Organizer
Fusion Energy Conference 2016
Place of Presentation
Kyoto Convension Center, Kyoto, Kyoro
Year and Date
2016-10-17 – 2016-10-22
Int'l Joint Research
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[Presentation] Reconnection Heating Experiments and Simulations for Torus Plasma Merging Startup2016
Author(s)
H. Tanabe, T. Yamada, K. Gi, K. Kadowaki, M. Gryaznavich, R. Scannell, N. J. Conway, C. Michael, B. Crowley, J. Harrison, I. Fitzgerald, A. Meakings, N. Hawkins, K. Mcclrmrntd, T. O’gorman and C. Z. Cheng
Organizer
Fusion Energy Conference 2016
Place of Presentation
Kyoto Convension Center, Kyoto, Kyoto
Year and Date
2016-10-17 – 2016-10-22
Int'l Joint Research
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[Presentation] Formation of Closed Flux Surfaces in Reconnection Current Layer by Accelerated Electrons during Merging Start-up of Spherical Tokamak2016
Author(s)
M. Inomoto, K. Yamasaki, T. Ushika, X. Guo, S. Kamio, R. Yanai, T. Suhawara, Y. Fukai, H. Yamanaka, and R. Tamura
Organizer
Fusion Energy Conference 2016
Place of Presentation
Kyoto Convension Center, Kyoto, Kyoto
Year and Date
2016-10-17 – 2016-10-22
Int'l Joint Research
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[Presentation] High Power Heating of Magnetic Reconnection in Toroidal Plasma Merging Experiments: TS-3, TS- 4, UTST and MAST2016
Author(s)
H. Tanabe, T. Yamada, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, B. Crowley, C. Michael, K. G. McClements, M. Inomoto, C. Z. Cheng, Y. Ono and the MAST team
Organizer
The 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
Place of Presentation
Kaohsiung Exhibition Center in Kaohsiung, Taiwan
Year and Date
2016-06-27 – 2016-07-01
Int'l Joint Research / Invited
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