2019 Fiscal Year Annual Research Report
Non-inductive start-up of spherical tokamak by combination of electron beam injection and electron Bernstein heating
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18H03689
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田中 仁 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (90183863)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前川 孝 京都大学, エネルギー科学研究科, 名誉教授 (20127137)
打田 正樹 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90322164)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 無誘導立ち上げ / 電子バーンスタイン波 / 電子ビーム入射 / 球状トカマク / オーバーデンスプラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 熱陰極型電子銃の設計、製作を行った。内径φ9 x 長さ23mm の放電セル内に水素ガスを導入し、そこに 1 kV の高電圧をかけてアーク放電を行う。そのために必要な IGBT 制御による高電圧パルス電源を設計、製作し、テストを行った。さらに、このアーク放電プラズマセルに最大 -20 V の負電圧をかけるようにするため、高圧電源および制御回路を絶縁し、光通信で制御できるシステムを構築した。
(2) 真空紫外から軟X線領域に感度を持つ AXUV 検出器列を用いたピンホールカメラを用い、最大 1.2 MS/sのサンプリングレート、16 bitの電圧分解能でデジタイズ可能な高速A/Dコンバーターを追加導入して、電子ビーム入射時の制動放射X線強度分布の時間変化を測定できるように整備した。また、昨年度導入した 32ch磁気プローブアレイの信号をもとに、フィラメント法による電流分布の推定を行う解析プログラムを作成した。
(3) LATE 装置下部ポートに、H2 ガスを噴出可能な小型電子銃を設置し、2.45 GHz マイクロ波を用いて無誘導で立ち上げたオーバデンスプラズマに対して、最大 -12kV の負電圧を電子銃に印加して、電子ビーム入射実験を行った。電流制御用の直列抵抗をいろいろ変えて電子ビーム電流を制御する試みを行った。
(4) 電子密度の上昇に伴い電子銃のインピーダンスが急激に減少して電子ビーム電流が増大し、パルス幅が短くなってしまうことが判明した。一方、電子銃のインピーダンスが高く、電子密度の急激な増加が抑えられる時間帯もあることを見出した。この条件が維持できれば、安定な電子ビーム入射が可能であると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
* 計測器の開発・整備を進めることにより、電子密度分布の変化、プラズマ発光分布の変化が詳しく測定できるようになり、電子ビームの効果で 0.1 msec 以内に閉じた磁気面内の加熱が起こる様子が観測できるようになった。着実に実験データを積み上げることができている。
* 電子密度の上昇に伴い電子銃のインピーダンスが急激に減少して電子ビーム電流が増大し、パルス幅が短くなってしまう問題が生じた。これを解決するために、コンデンサーバンクの増設を検討した。しかし、電子銃インピーダンスを上げない限りは、予算内で増設をしても、十分なパルス幅が期待できないことがわかった。一方、実験を進めたところ、電子銃のインピーダンスが高く、電子密度の急激な増加が抑えられる時間帯もあることがわかり、この状態を維持できれば、現状のコンデンサーバンク容量のままでも、電圧を維持してパルス幅を伸ばすことができると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
* 引き続き、計測器の整備を行い、高時間分解能で空間分布を測定し、電子ビームの入射軌道、および、その拡散の様子を捉えて、電流マージングの機構を調べる。
* 電子銃インピーダンスのコントロールと電子ビーム入射時の電子密度制御が重要であることから、更なる電子銃の改良を行うとともに、放電条件のサーベイ（トロイダル磁場強度、垂直磁場の強度とフィールドインデックス、水素ガス圧力、および入射マイクロ波電力を変える）を行って、電子ビーム入射と電子バーンスタイン波による加熱に対する影響を調べる。
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Research Products
(17 results)
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[Presentation] Overview of recent progress on non-inductive start-up experiment in LATE2019
Author(s)
H. Tanaka, Y. Nozawa, R. Kajita, X. Guo, T. Kuzuma, T. Nakai, S. Matsui, S. Yamagata, R. Ashida, R. Nakai, T. Nagaeki, M. Uchida, T. Maekawa
Organizer
20th International Spherical Torus Workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] 全日本的連携による球状トカマク研究の現状2019
Author(s)
高瀬雄一, 小野靖, 田中仁, 村上定義, 花田和明, 永田正義, 藤田隆明, 飯尾俊二, 藤堂泰, 竹入康彦, 笠原寛史, 鎌田裕
Organizer
日本物理学会第74回年次大会
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[Presentation] LATEにおける無誘導球状トカマク立ち上げ実験2019
Author(s)
田中仁, 野澤嘉孝, 梶田竜助, 郭星宇, 久津間哲人, 中井隆裕, 松井三四郎, 山形周平, 芦田涼, 中井亮太朗, 長嶧巧巳, 打田正樹, 前川孝
Organizer
「先進トカマク概念の深化」研究会
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[Presentation] 磁気プローブアレイによるLATEマイクロ波球状トカマクにおける間欠的プラズマ噴出の観測と解析2019
Author(s)
梶田竜助, 野澤嘉孝, 郭星宇, 松井三四郎, 山形周平, 中井隆裕, 久津間哲人, 芦田涼, 中井亮太朗, 長嶧巧巳, 打田正樹, 田中仁, 前川孝
Organizer
プラズマ・核融合学会第36回年会
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[Presentation] 電子ビーム入射による球状トカマク無誘導立ち上げのための電子銃の開発2019
Author(s)
久津間哲人, 田中仁, 野澤嘉孝, 梶田竜助, 郭星宇, 中井隆裕, 松井三四郎, 山形周平, 芦田涼, 中井亮太朗, 長嶧巧巳, 打田正樹, 前川孝
Organizer
プラズマ・核融合学会第36回年会
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[Presentation] LATEにおける電子バーンスタイン波加熱・電流駆動によって生成された高速電子の硬X線PHA計測2019
Author(s)
中井隆裕, 長嶧巧巳, 野澤嘉孝, 梶田竜助, 郭星宇, 久津間哲人, 松井三四郎, 山形周平, 芦田涼, 中井亮太朗, 打田正樹, 田中仁, 前川孝
Organizer
プラズマ・核融合学会第36回年会
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[Presentation] LATEにおける空間電位計測用HIBP入射ビームラインの改良2019
Author(s)
松井三四郎，中井亮太朗, 野澤嘉孝, 梶田竜助, 郭星宇, 久津間哲人, 中井隆裕, 山形周平, 芦田涼, 長嶧巧巳, 田中仁, 打田正樹, 前川孝
Organizer
プラズマ・核融合学会第36回年会
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