2015 Fiscal Year Annual Research Report
ECH/ECCDを用いた大型トカマクにおける第一段階磁気面形成法の探求
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26289357
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
前川 孝 京都大学, エネルギー科学研究科, 名誉教授 (20127137)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 仁 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90183863)
打田 正樹 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (90322164)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ECH/ECCD / 非誘導磁気面形成 / 大型トカマク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
LATE装置での実験：①LATEプラズマ中の高速電子からの順方向および逆方向放射X線を効率よく2次元面で検出すべくピンホールカメラ型のX線カメラの試作を最終段階まですすめた。②高速電子の静電気型検出はイオン混入を遮断することが困難であると判断し、リミターへ流入する高速電子の熱入力測定に切り替えた。すなわち水平方向の円柱型モリブデンリミターをプラズマ上部に設置し、円柱軸に沿った温度分布の時間発展による熱入力分布の推測を試みた。この場合、高速電子エネルギースペクトルは得られないが、エネルギー損失量の測定が可能である。③新たに5GHzの大電力マイクロ波による立ち上げで遮断密度を大幅に超える密度領域のプラズマ形成に成功した。この場合、高エネルギー帯の捕捉電子の抑制が期待できる。④開磁場から初期磁気面形成に至るためには電子温度の上昇がカギになることを実験的に明らかにし論文発表した。
KSTAR実験結果の解析：多チャンネル軟X線データ、磁気データ、および接線方向から撮像した可視光帯カメラ像などのデータ解析と流体モデルによるプラズマ平衡の解析を合わせて出現した磁気面の大きさと形状についての確度の高い情報を得た。これらの結果をECH/ECCDの理論解析と結合させることによりKSTARトカマクでの磁気面形成実験をまとめ論文発表した。
大型トカマク磁気面形成のモデリング：単純な電子サイクロトロン共鳴吸収モデルで捕捉電子の発達をしらべた。磁場方向屈折率（N//）がN//=1以外ではエネルギーの連続的な発達は無いことが分かった。電磁波モードではN//=1は実現できないのでKSTARのような大型トカマクの場合、衝突効果が重要となる比較的低いエネルギー帯(1～10keV)の高速電子の振る舞いが重要となると推定した。ECHによるこの様なエネルギー帯の高速電子の生成に関する取扱いの検討をすすめた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績の概要欄で述べたように、「LATE装置での実験」と「KSTAR実験の解析」は予定どうり進んでいるが、最終目的の「大型トカマクにおける第一段階磁気面形成法の探求」に関しては安全係数が従来のｑ～５程度にくらべｑ～３００程度のきわめて大きな磁場配位でのECH/ECCDの数値解析を行う必要があり、予想より準備に手間取っている。詳細は以下の通りである。
①LATE 装置用ピンホールカメラ方式のX線カメラの試作の最終段階まで進めることが出来た。 ②LATEプラズマ周辺での高速電子の静電型測定をリミターへ流入する高速電子の熱入力測定に切り替え初期データを得た。高速電子のエネルギースペクトルに関する情報は得られないが、静電型測定では困難であったエネルギー損失分布の絶対測定が可能である。③LATE装置で高エネルギー帯捕捉電子の抑制が期待できる比較的高密度領域のプラズマ形成に成功した。④LATE装置において開磁場から初期磁気面形成に至るためには電子温度の上昇がカギになることを明らかにし、大型トカマクでの実験への指針を得た。⑤KSTARの実験での磁気面の大きさと形状についての確度の高い情報とECH/ECCDに関する数値解析を結び付けることにより、磁気面形成の初期段階についての大まかな理解が得られた。これは第一段階磁気面形成法の確立に向けた今後のモデリングの基礎となる成果である。⑥大型トカマクの場合、衝突効果が重要となる比較的低いエネルギー帯(1～10keV)の高速電子の振る舞いが重要との指針を得、フォッカープランク方程式に基づく数値解析の準備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
LATE装置での実験：①LATEプラズマ中の高速電子からの順方向および逆方向放射X線を効率よく2次元面で検出すべくピンホールカメラ型のX線カメラを完成させ、LATEプラズマの立ち上げの観測に適用する。②プラズマ上部に設置した水平方向の円柱型モリブデンリミターの円柱軸に沿った温度分布の時間発展による熱入力分布の推測方法を確立し、高速電子のリミターへの流入分布をえる。③5GHzの大電力マイクロ波による遮断密度を大幅に超える密度領域のプラズマ形成に上記の二つの計測を適用し、高速電子の振る舞い、特に捕捉軌道にある高速電子の生成と損失を明らかにする。④これを従来の低密度領域の場合と比較し、ECH/ECCDによる高速電子の生成と損失を調べる。
大型トカマク磁気面形成のモデリング：安全係数が従来のｑ～５程度にくらべｑ～３００程度のきわめて大きな磁場配位でのECH/ECCDの数値解析を行う。大型トカマクの場合、衝突効果が重要となる比較的低いエネルギー帯(1～10keV)の高速電子の振る舞いが重要との指針を得たので、フォッカープランク方程式に基づく数値解析を行う。特に大型トカマクの場合、入射マイクロ波の周波数帯が高くプラズマ密度もLATEのような小型装置の場合にくらべて二桁高く、バルク電子、あるいは比較的低いエネルギー帯の高速電子への優先的な電力注入が比較的容易になる。これにより高エネルギー帯の捕捉電子の生成を抑制しホットスポットを回避できることが期待できる。そのために有効なマイクロ波入射法を調べる。
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Research Products
(7 results)
