Study of stabilization of the magneto-hydro dynamic instability and three dimensional effects of MHD stabilization on the high pressure plasma

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25420900
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 武智 学 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 トカマクシステム技術開発部, 主幹研究員(定常) (40370423)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 核融合プラズマ / 磁気流体不安定性 / 磁気面形状 / ３次元 / トカマク / RFP / ヘリカル

Outline of Annual Research Achievements

核融合炉の定常化及び高効率化には、磁気流体不安定性の一種である抵抗性壁モード (RWM)の安定化が必須であり、JT-60SAでは制御コイルを用いて安定化する予定である。しかしながら、コイルの面積は小さく、またコイル数も少数にとどまるため、これまでに、この問題に関連する実験をRFXのトカマク放電で行っている。この結果、制御コイル192個のうち６個のコイルまで減らしても制御対象のRWMを安定化出来ることを確認した。 しかしながら、実効的なコイル面積が小さいことによる側帯波の励起によって、磁気面が3次元的な変形を受けてプラズマの性能が著しく低下し、プラズマ消滅に至ることがあることが明らかとなった。JT-60SAにおいても、高ベータ運転を行うためにはプラズマと壁の距離を小さくする必要があるため、３次元的な変形によりプラズマが壁に接触する恐れがある。一方、これまでヘリカル装置にのみ適用されていた3次元MHD平衡解析コードが整備され、トカマク配位に対して適用されつつある。本年度は、トカマクプラズマにおける外部磁場によって生じる3次元効果を、3次元MHD平衡解析コードを用いることによって解析可能であるところに着目し、RFX-modで様々な制御コイル配位で行ったトカマクプラズマに対して特に最外殻磁気面に注目して解析を行うこととした。
観測されるMHD不安定性等から電流分布の予想を行い、これを用いて輸送解析コードにて放電開始から終了までのシミュレーションを行うことにより、電流分布と圧力分布を得た。これらとコイルの電流の情報、プラズマ中の単位電流あたりの磁場の分布を入れることにより、3次元MHD平衡解析コードVMECの計算を行った。RWM補正コイルの電流を変えることによって、トカマクプラズマの３次元的な平衡が得られ、最外殻磁気面の形状が有為に変化することを確認した。

Research Products

• [Journal Article] Securing High βN JT-60SA Operational Space by MHD Stability and Active Control Modelling (2017)
  • Author(s): T. Bolzonella, P. Bettini, L. Figini, S.C. Guo, Y.Q. Liu, G. Marchiori, Go Matsunaga, S. Mastrostefano, S. Nowak, L. Pigatto, O. Sauter, Manabu Takechi, F. Villone, X. Xu, Nobuyuki Aiba, J. Garcia, L. Garzotti, Nobuhiko Hayashi, Ph. Lauber, M. Romanelli , Junya Shiraishi, C. Sozzi
  • Journal Title: Proceedings of 26th IAEA Fusion Energy Conference, 2017-03 Volume: 2017-03 Pages: -
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Active control/stabilization of locked mode in tokamaks at high magnetic Reynolds number (2016)
  • Author(s): 井上 静雄, 白石 淳也, 松永 剛, 武智 学, 諫山 明彦, 井手 俊介
  • Organizer: 26th IAEA Fusion Energy , International Atomic Energy Agency
  • Place of Presentation: ICC Kyoto, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Securing High βN JT-60SA Operational Space by MHD Stability and Active Control Modelling (2016)
  • Author(s): T. Bolzonella, P. Bettini, L. Figini, S.C. Guo, Y.Q. Liu, G. Marchiori, Go Matsunaga, S. Mastrostefano, S. Nowak, L. Pigatto, O. Sauter, Manabu Takechi, F. Villone, X. Xu, Nobuyuki Aiba, J. Garcia, L. Garzotti, Nobuhiko Hayashi, Ph. Lauber, M. Romanelli , Junya Shiraishi, C. Sozzi
  • Organizer: 26th IAEA Fusion Energy , International Atomic Energy Agency
  • Place of Presentation: ICC Kyoto, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Progress of the magnetic sensors development for JT-60SA (2016)
  • Author(s): Manabu Takechi, Go Matsunaga, Shinji Sakurai, Tadayuki Sasajima, Jiyunichi Yagiyuu, Yoichi Kawamata, Kenichi Kurihara
  • Organizer: 29th edition of the Symposium on Fusion Technology (SOFT 2016)
  • Place of Presentation: Prague Congress Centre, Prague, Czech
  • Year and Date: 2016-09-05 – 2016-09-09
  • Int'l Joint Research