2014 Fiscal Year Annual Research Report
多階層複雑・開放系における粒子循環の物理とマクロ制御
Project/Area Number |
24226020
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Research Institution | Kyushu University |
Principal Investigator |
図子 秀樹 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (20127096)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花田 和明 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (30222219)
藤澤 彰英 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (60222262)
出射 浩 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (70260049)
永島 芳彦 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90390632)
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Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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Keywords | プラズマ・核融合 / 複雑・開放系 / 多階層 / 自発プラズマ回転 / 粒子循環応答関数 |
Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉の定常化に向けた研究課題として“多階層複雑・開放系における粒子循環物理とマクロ制御”という観点でプラズマ対向壁(PFC)、周辺開磁気面領域(SOL)、高性能プラズマコア領域(CORE)から構成される入れ子状の複雑系における粒子循環・密度分布に関わるマクロ構造形成・伝達過程とその制御性を調べることが目的である。 これまでに、1)電子サイクロトロン波による非誘導電流駆動と定常維持、2)トカマク運転の定常運転と粒子循環制御法の開発、3)SOL領域のプラズマ揺らぎの特性と可視化および流れ計測、4)温度制御可能な高温壁の導入による壁循環の拘束、などを目標に成果をあげてきた。 今年度は設置した温度制御可能な高温壁を用い、粒子循環動特性の温度依存性の詳細と“粒子循環特性の予測と制御”を試みる。即ち、①外部摂動に対する伝達関数の温度依存性とそれを導入した壁吸蔵・放出過程の動特性予測、②SOL揺動駆動束、熱流束、およびプラズマ流れの相互役割および中性ガス揺らぎと粒子循環の関わり、③運動量入射のない系における自発プラズマ流れの発現とその維持を調べる。特にトカマク配位形成過程や粒子循環との相互作用に着目する。最終的に、燃料粒子の外部からの注入が、1)金属内部への水素透過やその保持、2)SOLの密度揺らぎの増幅ならびに中性ガス圧の揺らぎ増大、3)プラズマ内部密度分布並びにプラズマ回転分布の修正と自己回復、などをもたらす機構の解明と予測・制御をめざす。
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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
研究は予想を上回って進んでいる。 本研究の前提である高周波による駆動電流値が、最終目標である1MWで100kAに対し、350kW で66 kAを達成することができた。これは電子サイクロトン波第2高調波を用いた非軸上電流駆動としては世界最高値である。また理論的にはるかに効率が良い第1共鳴波(英国MAST装置)とそん色ない値でもある。さらに定常制御に関しては、ホール素子を用いて積分誤差の無い電磁計測と位置制御法、粒子注入周期帰還制御法の開発と循環レベル制御により放電時間820秒の世界記録を達成した。 これらの成果について、2014国際核融合エネルギー会議において4件の発表を行った。加えて無運動注入の無いシステムで、自発ダイバータ磁場配位の形成過程で流れ場が形成されること、粒子供給により反転分形成がおきるなど、粒子循環と運動量制御に新たな課題を見いだしている。 平成27年2月現在で200度高温壁(タングステン溶射SUS板、加熱ヒータ、銅製一様加熱板、熱電対から構成)実験を開始し、壁温度依存性に加えて今後様々な観点での定常制御システム構築(ガス圧一定、吸蔵率一定、放出束一定等)によりさらなる前進が可能である。最新のデータも含めて “核融合装置の定常運転”に関わる国際専門家会議(2015.5)において、招待講演、口頭発表、2件のポスター発表を行う。
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Strategy for Future Research Activity |
24-26年度では、1)高温壁(HW)設置を完了し、200度までの工学試験を終えた。物理研究としては、2)駆動プローブ、高速カメラPIV法を用いたSOL流速分布計測に加えて分光器を用いたDoppler計測によるトロイダル・ポロイダル流計測、3)高ポロイダルベータ(~ 4-5)平衡配位における高電流駆動(35kA)とその維持(~80秒)、4)高周波による定常トカマク運転で820秒間維持に成功、5)第2高調波電流駆動により66kAの達成 など、各階層で主要な個別課題に関して大きな成果を収めることができた。粒子制御に関しては、6)PdCu薄膜を用いた水素透過束の多点計測を世界ではじめて実施し、壁吸蔵の空間構造について研究を進めている。7)静的ガスバランス法に加えて、ガス入射変調による粒子循環システムの応答関数を世界で初めて見いだした。 27年度では高温壁を用い、温度制御下での粒子循環に取り組む。具体的には1)ガス変調、パワー変調、相互作用領域変調に加えて、新たに壁温度変調に対する応答関数の取得とそれによる粒子循環特性の解明に取り組む。一方コア研究としては、2)8.5GHz電流駆動用パワーの増強と28GHz第2高調波(筑波大学との連携)によるさらなる駆動効率の向上に取り組み、100kAの電流駆動を目指す。8.2GHzとの複合電流駆動を用いて静電波電流駆動の原理検証にも取り組む。さらに、3)こうした非誘導電流駆動プラズマのもとで自発プラズマ回転機構の解明に取り組む。このために50chのファイバーを用いてトロイダル・ポロイダル同時計測を実施する。4)単一ヌル-divertor配位などでの長時間運転における粒子供給・粒子循環とプラズマ電流の維持プラズマ回転の維持に向けた制御手法の確立を目指す。
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[Journal Article] Particle balance in long duration RF driven plasmas on QUEST2015
Author(s)
K. Hanada, H. Zushi, N. Yoshida, N. Yugami, T. Honda, M. Hasegawa, K. Mishra, A. Kuzmin, K. Nakamura,A. Fujisawa, H. Idei, Y. Nagashima, O. Watanabe, T. Onchi, H. Watanabe, K. Tokunaga, A. Higashijima, S.Kawasaki, H.Nakashima, Y.Takase, A.Fukuyama, O.Mitarai, and Y. K. M. Peng
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Journal Title
Journal of Nuclear Materials
Volume: 463
Pages: 1084-1086
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Dynamical programming based turbulence velocimetry for fast visible imaging of tokamak plasma2015
Author(s)
Santanu Banerjee, H. Zushi, N. Nishino, K. Mishra, T. Onchi, A. Kuzmin, Y. Nagashima, K. Hanada, K. Nakamura, H. Idei, M.Hasegawa, and A. Fujisawa
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 86
Pages: 033505-1~8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Global gas balance and peculiarities of atomic hydrogen influence on hydrogen wall inventory in steady-state operation of QUEST tokamak2015
Author(s)
A.Kuzmin, H. Zushi, I.Takagi, S.K. Sharma, A. Rusinov, Y. Inoue, Y. Hirooka, H. Zhou, M. Kobayashi, M. Sakamoto, K. Hanada, N. Yoshida, K. Nakamura, A. Fujisawa, M.Matsuoka, H. Idei, Y. Nagashima, M. Hasegawa, T.Onchi, S. Banerjee, K. Mishira
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Journal Title
Journal of Nuclear Materials
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Observation of heat flux and plasma flow in scrapr off layer in QUEST2015
Author(s)
T. Onchi, Y. Mahira, K. Nagaoka, S. Tashima, S. Banerjee, K. Mishra, H. Idei, K. Hanada, K. Nakamura, A. Fujisawa, Y. Nagashima, M.Hasegawa, K. Matsuoka, A. Kuzmin, O. Watanabe, S. Kawasaki, H. Nakashima, A. Higashijima
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Journal Title
Journal of Nuclear Materials
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Plasma current start-up experiments using a dielectric-loaded waveguide array antenna in the TST-2 spherical tokamak2014
Author(s)
T. Wakatsuki, A. Ejiri, T. Shinya, Y. Takase, H. Furui, J. Hiratsuka, K. Imamura, T. Inada, H. Kakuda, H. Kasahara, Y. Nagashima, K. Nakamura, A. Nakanishi, T. oosako, K. Saito, T. Seki, M. Sonehara, H. Togashi, S. Tsuda, N.Tsujii and T. Yamaguchi
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 54
Pages: 093014-1~14
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Determination of the system function for the particle circulation process using perturbation technique in QUEST2014
Author(s)
H. Zushi, A. Kuzmin, I. Takagi, S.K. Sharma, M. Hasegawa, M. Kobayashi, Y. Hirooka, N. Yoshida, A. Rusinov, A. Inoue, H. Zhou,A. Fujisawa, K. Hanada, H. Idei, K. Nakamura, Y. Nagashima, et.al.
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Journal Title
Proc. 25th Fusion Energy Conference (FEC 2014)
Volume: EX/P1-36
Pages: P1-36-1~8
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Fully Non-Inductive Current Drive Experiments Using 28GHz and 8.2GHz Electron Cyclotron Waves in QUEST2014
Author(s)
H. Idei, H. Zushi, K. Hanada, E. Kalinnikova, M. Sakaguchi, T. Itado,H. Nakashima, K. Nakamura, A. Fujisawa, Y. Nagashima, et.al.
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Journal Title
Proc. 25th Fusion Energy Conference (FEC 2014)
Volume: EX/P1-38
Pages: P1-38-1~8
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Shape Reconstruction of RF-Driven Divertor Plasma on QUEST2014
Author(s)
Nakamura, Kazuo; Fujita, H.; Liu, X. L.; Xue, E. B.; Xia, Fan; Mitarai, Osamu; Kurihara, Kenichi; Kawamata, Y.; Sueoka, M.; Hasegawa, Makoto; Tokunaga, Kazutoshi; Zushi, H., et.al.
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Journal Title
IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE
Volume: 42
Pages: 2309-2312
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Spontaneous rotation, flow reversal, and flow sustainment in non-inductive QUEST plasma2014
Author(s)
H. Zushi, K. Mishra, T. Onchi, H. Togashi, K. Nakamura, T. Yamaguchi, A. Ejiri, T. Shikama, K. Nagaoka, H. Idei, K. Hanada, M. Hasegawa, A. Fujisawa, K. Nakamura, Y. Nagashima, A. Kuzmin, O. Watanabe, A. Higashijima, S. Kawasaki, Nakashima, A. Fukuyama, Y. Takase, QUEST group
Organizer
プラズマ・核融合学会第31回年会 / PLASMA2014
Place of Presentation
朱鷺メッセ(新潟市)
Year and Date
2014-11-18 – 2014-11-21
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[Presentation] Breakdown by 2nd harmonic ECRH on QUEST2014
Author(s)
Hiroki MIURA, Kazuaki HANADA, Hideki ZUSHI, Kazuo NAKAMURA, Akihide FUJISAWA, Hiroshi IDEI, Yoshihiko NAGASHIMA,et.al.
Organizer
The 24th International Toki Conference (ITC-24) on
Place of Presentation
Ceratopia Toki, Toki-city, Gifu, Japan
Year and Date
2014-11-04 – 2014-11-07
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[Presentation] Shape Reproduction and Particle Orbit in RF-Driven Divertor Plasma on QUEST2014
Author(s)
K. Nakamura, Md. Mahbub Alam, F. Xia, O. Mitarai, M. Hasegawa, K. Tokunaga, K. Araki, H. Zushi, K. Hanada, A. Fujisawa, H. Idei, Y. Nagashima, S. Kawasaki, H. Nakashima, A. Higashijima
Organizer
The 24th International Toki Conference (ITC-24) on
Place of Presentation
Ceratopia Toki, Toki-city, Gifu, Japan
Year and Date
2014-11-04 – 2014-11-07
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[Presentation] Determination of the System Function for the Particle Circulation Process Using Perturbation Technique in QUEST2014
Author(s)
H. Zushi,, A. Kuzmin, I. Takagi, S.K. Sharma, M. Hasegawa, M. Kobayashi, Y. Hirooka, N. Yoshida, A. Rusinov, A. Inoue, H. Zhou,A. Fujisawa, K. Hanada, H. Idei, K. Nakamura, Y. Nagashima, et.al.
Organizer
25th Fusion Energy Conference (FEC 2014)
Place of Presentation
Saint Petersburg, Russia
Year and Date
2014-10-13 – 2014-10-18
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[Presentation] Fully Non-Inductive Current Drive Experiments Using 28 GHz and 8.2 GHz Electron Cyclotron Waves in QUEST2014
Author(s)
H. Idei, H. Zushi, K. Hanada, E. Kalinnikova, M. Sakaguchi, T. Itado,H. Nakashima, K. Nakamura, A. Fujisawa, Y. Nagashima, et.al.
Organizer
25th Fusion Energy Conference (FEC 2014)
Place of Presentation
Saint Petersburg, Russia
Year and Date
2014-10-13 – 2014-10-18
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[Presentation] Heat load measurements with water cooled movable limiters in long duration plasmas on QUEST2014
Author(s)
N. Hamada, K. Hanada, H. Zushi, K. Nakamura , H. Idei, M. Hasegawa, A. Fujisawa, Y. Nagashima, S. Kawasaki, H. Nakashima, A. Higashijima, Y. Oyama, S. Nishiyama
Organizer
A3 Foresight Summer School and Workshop on Spherical Torus (ST) 2014
Place of Presentation
Kensington Resort, Jeju, Korea
Year and Date
2014-06-30 – 2014-07-04
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[Presentation] Breakdown by Second harmonic ECRH on QUEST2014
Author(s)
H. MIURA, K. HANADA, H. ZUSHI, K. NAKAMURA, A. FUJISAWA, S. KAWASAKI, H. IDEI, Y. NAGASHIMA, M. HASEGAWA, H. NAKASHIMA, A. HIGASHIJIMA
Organizer
A3 Foresight Summer School and Workshop on Spherical Torus (ST) 2014
Place of Presentation
Kensington Resort, Jeju, Korea
Year and Date
2014-06-30 – 2014-07-04
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[Presentation] Quaternion Analysis of Matrix Converter and Three-Phase Power Electronic Circuit2014
Author(s)
Kazuo Nakamura, Hiroki Fujita, Xiaolong Liu, Erbing Xue, Osamu Mitarai, Makoto Hasegawa, Kazutoshi Tokunaga, Kuniaki Araki, Hideki Zushi, Kazuaki Hanada, Akihide Fujisawa, Hiroshi Idei, Yoshihiko Nagashima, et.al.
Organizer
International Conference on Electrical Engineering (ICEE) 2014
Place of Presentation
Ramada Plaza Jeju Hotel, Hehu, Korea
Year and Date
2014-06-15 – 2014-06-19
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[Presentation] Edge turbulence characteristics investigated in open magnetic field line configuration as a function of magnetic mirror ratio in QUEST2014
Author(s)
Santanu Banerjee, H. Zushi, N. Nishino, K. Mishra, K. Hanada, S. Tashima, K. Nakamura, H. Idei, M. Hasegawa, A. Fujisawa, Y. Nagashima and K. Matsuoka
Organizer
4th Asia Pacific Transport Working Group(APTWG) International Conference
Place of Presentation
九州大学筑紫キャンパス
Year and Date
2014-06-10 – 2014-06-13
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[Presentation] Thermal imaging of plasma with a phased array antenna in the spherical tokamak QUEST2014
Author(s)
Kishore Mishra, H. Idei, H. Zushi, K. Nagata, R. Akimoto, K. Hanada, M. Hasegawa, K. Nakamura, A. Fujisawa, Y. Nagashima, S. Banerjee, T. Onchi and A. Kuzmin
Organizer
20th Topical Conference on High Temperature Plasma Diagnostics(HTPD 2014)
Place of Presentation
Atlanta,Georgia, USA
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-05
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[Presentation] Particle balance in long duration RF driven plasmas on QUEST2014
Author(s)
K. Hanada, H. Zushi, N. Yoshida, M. Hasegawa, K. Mishra, A. Kuzmina, K. Nakamura, A. Fujisawa, H. Idei, Y. Nagashima, O. Watanabe, T. Onchi, et.al.
Organizer
21st International Conference on Plasma Surface Interactions 2014
Place of Presentation
Ishikawa Ongaku-do
Year and Date
2014-05-26 – 2014-05-30
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[Presentation] Observation of heat flux and plasma flow in scrape off layer in QUEST2014
Author(s)
T. Onchi, H. Zushi, Y. Mahira, K. Nagaoka, S. Tashima, S. Banerjee, K. Mishra, H. Idei, K. Hanada, K. Nakamura, A. Fujisawa, Y. Nagashima, et.al.
Organizer
21st International Conference on Plasma Surface Interactions 2014
Place of Presentation
Ishikawa Ongaku-do
Year and Date
2014-05-26 – 2014-05-30
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[Presentation] Global gas balance and influence of atomic hydrogen irradiation on the wall inventory in steady-state operation of QUEST tokamak2014
Author(s)
A. Kuzmin, H. Zushi, I. Takagia , S. K. Sharma , Y. Hirooka , H.Zhou , M. Kobayashi, M. Sakamoto , K. Hanada, N. Yoshida, K. Nakamura, A. Fujisawa, et.al.
Organizer
21st International Conference on Plasma Surface Interactions 2014
Place of Presentation
Ishikawa Ongaku-do
Year and Date
2014-05-26 – 2014-05-30
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[Presentation] Effects of plasma exposure on tritium behavior of long term installed samples on first wall in spherical tokamak QUEST2014
Author(s)
K. Tokunaga, M. Matsuyama , S. Abe, S. Nagata, B. Tsuchiya, M. Tokitani, K. Araki, T. Fujiwara, Y. Miyamoto, M. Hasegawa, K. Nakamura, K. Hanada, H. Zushi
Organizer
21st International Conference on Plasma Surface Interactions 2014
Place of Presentation
Ishikawa Ongaku-do
Year and Date
2014-05-26 – 2014-05-30
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