2018 Fiscal Year Research-status Report
Non inductive buildup of keV plasma using X-wave in fusion tokamak
| Project/Area Number |
17K06992
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
前川 孝 京都大学, エネルギー科学研究科, 名誉教授 (20127137)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 仁 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (90183863)
打田 正樹 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90322164)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 電子サイクロトロン加熱・電流駆動 / トカマク炉 / 非誘導立ち上げ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
１．電流ランプアッププラズマにおけるX波ECCDの効率解析：ランプアッププラズマでは、O波の吸収は弱く、吸収が非常に大きい異常波（X波）が適している。電子密度がne<4×10^19m^-3の範囲にあればX波はサイクロトロン遮断層による至る前にサイクロトロン吸収される。 ITERトカマクにおける核融合温度にいたるランプアップ時の広いパラメータ範囲（電子温度 Te = 0.01-20 keV, 密度 ne = 1.0-3.0×10^19m^-3）において、基本周波数帯である170GHzの領域で弱磁場側から入射したO波とX波の電流駆動効率を比較し、X波がはるかに優れていることを示した。
２．回路方程式を用いたX波ECCDによる電流ランプアップ放電の解析：X波ECCDをITERの立ち上げに用いた場合の振る舞いを、回路方程式を用いて解析した。密度はne=1.5×10^19m^-3に固定し、電子温度はLモード則に従うとした。外部垂直磁場をBv=160 Gauss から650ガウスにランプし、入射電力をPrf=3MWから９MWへランプすれば、電子温度は1.1keVから５keVに上昇し、プラズマ電流はIp＝0.1MAから１MAに上昇して９Vsecの磁束を生み出せることが分かった。
３．ランジュバン方程式による低BzスポットにおけるECCDの解析：外部垂直磁場Bvのもとで開磁場中の平衡トロイダル電流が生じ、その自己磁場により電流チャンネルの内側に低Bzスポットができる。ここにCross-Field Passing Electron電流が生じ、初期磁気面が形成されるが、大半径の大きな装置では、有効性が下がる。一方、強磁場のトカマク炉では結合長がEC共鳴電子の走行減衰長よりはるかに長くなりECCDが有効になることを示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．X波ECCDの有用性を数eVの初期低温プラズマから２0keVを超える超高温ランプアッププラズマまでの広い範囲にわたって示すことができ、まとめて論文発表した。
２．トカマク炉におけるX波ECCDによる非誘導プラズマ立ち上げの動的振る舞いと中心ソレノイドの磁束節約をLモード閉じ込め則とプラズマループにたいする回路方程式に帰着して解析し、相当な磁束節約ができることを示した。
３．大半径の大きな強トロイダル磁場のトカマク炉では、低BzスポットにおけるCross-Field Passing Electron電流による初期磁気面形成の有効性が低くなるが、代わりにFisch-Boozer方式のECCDが有効になってくることを、ランジュバン方程式を用いた数値解析でしめすことができた。ただし、開磁場中のECCDであるので荷電分離が生じ、ECCDによる電流を消す逆電流が流れ、正味の電流は流れない。この荷電分離を抑制するためには一周電圧を重畳印加する必要があり、今後の研究課題の一つである。
|
| Strategy for Future Research Activity |
１．回路方程式を用いたX波ECCDによる電流ランプアップ放電の解析を、入射ECH/ECCD電力を９MWから50MWまで拡張して、磁束節約効果を解析する。
２．低BzスポットにおけるFisch-Boozer方式のECCDに伴う荷電分離を抑制すために必要な一周電圧の値を見積もる。
３．KSTARやJT60SAはITER等トカマク炉に比べてトロイダル磁場が低く2倍の高調波ECH/ECCDが主となるので、2倍高調波ECCDが立ち上げにどの程度有効かを検討する。
|
