トーラス型核融合プラズマの閉じ込め研究

• 研究課題/領域番号: 05045024
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 大学協力
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 渡利 徹夫 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (60093085)
• 研究分担者: 江尻 晶 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (30249966) ; 森下 一男 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (60109353) ; 佐貫 平二 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (80109355) ; 渡辺 二太 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (70023728) ; 西村 清彦 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (00180638) ; 天野 恒雄 (天野 恒夫) 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (00029000) ; 成原 一途 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (90109356) ; 岡本 正雄 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (70115541) ; 笹尾 真美子 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (00144171) ; 霍 裕平 中国科学院等離子体物理研究所, 理論, 前所長 ; 沈 慰慈 中国科学院等離子体物理研究所, 高周波加熱, 助理研究員 ; 沈 学民 中国科学院等離子体物理研究所, 高周波加熱, 付研究員 ; 李 健剛 中国科学院等離子体物理研究所, プラズマ実験, 付研究員 ; 張 大慶 中国科学院等離子体物理研究所, プラズマ実験, 助理研究員 ; 王 孔嘉 中国科学院等離子体物理研究所, 所長助理 ; 兪 国揚 中国科学院等離子体物理研究所, 理論, 研究員 ; 王 兆申 中国科学院等離子体物理研究所, 高周波加熱, 研究員 ; 方 瑜徳 中国科学院等離子体物理研究所, 高周波加熱, 付研究員 ; 張 暁東 中国科学院等離子体物理研究所, プラズマ実験, 助理研究員 ; 万 元熈 中国科学院等離子体物理研究所, 所長 ; 万 宝年 中国科学院等離子体物理研究所, プラズマ実験, 付研究員 ; 邵 育貴 中国科学院等離子体物理研究所, 高周波技術, 高級工程師 ; 朱 思錚 中国科学院等離子体物理研究所, 理論, 付研究員 ; 武藤 敬 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (90115949) ; 関 哲夫 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (60260048) ; 熊沢 隆平 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (70109354) ; 大久保 邦三 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (00023739) ; 岡村 昇一 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (60115540) ; 足立 圭三 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (30023716) ; 東井 和夫 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (20093057) ; 佐藤 哲哉 (佐藤 哲也) 核融合科学研究所, 理論シミュレーション・研究センター, 教授 (80025395) ; 孟 月東 中国科学院等離子体物理研究所, プラズマ実験, 付研究員 ; 藤原 正巳 (藤原 正己) 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部・総主幹, 教授 (10023722) ; 羅 家融 中国科学院等離子体物理研究所, プラズマ実験, 付研究員 ; 藤田 順治 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (50023700) ; SHEN Xuemin Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; SHEN Weici Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; FANG Yude Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; WANG Zhaoshen Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; WANG Kongjia Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; YU Guoyang Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; HUO Yuping Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; WAN Yuanxi Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; WAN Baonian Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; LI Jiangang Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; ZHANG Daqing Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; ZHANG Shaodong Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; LUO Jiarong Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; MENG Yuedong Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; SHAO Yugui Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; ZHU Sizheng Academia Sinica Institute of Plasma Physics ; 万 元煕 科学院プラズマ物理研究所, 副所長, 研究員 ; 李 建剛 科学院プラズマ物理研究所, HTー6Mトカマク主 ; 愈 国揚 中国科学院等離子体, 物理研究所, 理論部長
• 研究期間 (年度): 1993 – 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 7,500千円 (直接経費: 7,500千円); 1995年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 1994年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 1993年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
• キーワード: ASIPP / NIFS / HT-6M / JIPP T-II U / HT-7 / イオンサイクロトロン加熱 / 閉じ込め / 計測 / 閉じ込め改善 / ボロンコーティング / JIPPT-IIU / 抵抗性バル-ニングモード / CHS / エッジオーミック加熱 / イオンサイクロトロン / トカマク / ステラレータ / 週辺プラズマ / MHD安定性 / 壁コンディショニング

研究概要

本計画立案時点において、トーラス型プラズマ装置として核融合科学研究所(NIFS)ではJIPP T-II U及びCHSが稼働中であり、準定常運転を目指す大型のLHDが建設中、他方合肥の等離子体物理研究所(ASIPP)ではHT-6M装置が稼働中、準定常運転を目指す大型のHT-7が建設中であった。またこの時点では「高ベータプラズマの閉じ込め研究」を共同研究の主要なテーマとしたが、基本となるプラズマ加熱が未だうまく行かない状態にあったASIPP側では大電力イオンサイクロトロン加熱の実現をHT-6Mの第一優先項目としたので、本計画もこの方面への研究協力に力点を置くことにした。
本計画の3年間に、日本から合肥への派遣延べ21名,合肥から日本への招聘延べ18名を含む交流が実行された。
平成5年度:
ASIPPは採用していたカーボンリミターの材料の選択に問題があるとしてこれを撤去した。引き続きイオンサイクロトロンアンテナのファラデイシールドと呼ばれる部分の構造に問題があるというNIFS側の指摘に基づきこれも撤去した。これらの結果として、加熱の効果を示す「アンテナの負荷抵抗の増大」が観測された。NIFSのイオンサイクロトロン加熱において実績のあるチタンゲッターをHT-6Mに持ち込み不純物の制御を試みた。その結果ターゲットプラズマの質が向上した。入射電力は多少増大したものの未だ本格的な加熱には至らなかった。
平成6年度:
NIFSにおいて実績のある、固体ボロンを使ったボロニゼーションを試みた。不純物の流入が減少し、表面加熱に関する実験を行なう事が出来た。不純物の問題はいくらか改良されたものの、アンテナは絶縁破壊が起り大電力入射を妨げている。これを解決するために「長いアンテナ」を製作することにした。
NIFSは2イオン共鳴加熱に移行することを主張していたが、HT-6Mでは磁場を0.9T以上にする上での技術的問題とASIPP内の実験テーマの優先順位の問題があって、2イオン共鳴加熱への移行は持ち越すこととなった。
NIFSではLHDのイオンサイクロトロン加熱のための技術開発研究を行なっている。この一部としてASIPPの同軸切替器を改造して使用することにした。
平成7年度
「長いアンテナ」を装着し、第2高周波加熱以外に2イオン共鳴加熱の実験も行なった。予備的なものであったが、水素と重水素の成分比等の基本データも 得られた。プラズマの電流崩壊が頻発し大電力入射を妨げることについて対策を議論した。当初の「長いアンテナ」(3/4ターン)を1/2ターンにする案、サイドリミターを付ける案等が出された。また、共鳴層をプラズマ中心に置くために周波数を更に下げる必要性を指摘した。笹尾が実験に酸化した平成7年末から8年元旦頃には1/2ターンアンテナへの改造が終了しており、高周波周波数も15MHzに下げた。
加熱手法の適切化、真空容器内壁処理、計測の充実など3年間の努力の蓄積により実験は成功裏に進行した。頻発していた電流崩壊を阻止することに成功し、その結果として300kWの高周波電力を入射することが出来た。
笹尾のHT-6Mのイオンサイクロトロン加熱実験結果の成否を確認すべくNIFSの中性子計測器を持ち込んだ。中性子計測は、300個/ショットの中性子を数え、加熱が順調に行なわれていることを証明した。重水素の第2高調波加熱の可能性はあるが、イオン温度はイオンサイクロトロン加熱の結果として150eVから550eVに上昇したものと推測される。
上記イオンサイクロトロン加熱以外に、計測・理論・安全管理・データ処理などの各分野においても活発な交流が行なわれた。HT-7は3月末イオン温度300eV、電子温度1.5KeV、電子密度1×10^<13>cm^<-3>、放電継続時間1.3秒のプラズマを得るに至った。これらのパラメタ計測には、中性粒子計測・トムソン散乱計測・反磁性計測・ミリ波干渉計測・分光計測等の技術の交流が貢献している。また、HT-7のイオンサイクロトロン加熱システムは建設中であり、HT-6Mでの経験が十分とり入れられている。
理論に関しては、相互の研究者が相手の研究所のコンピューターを使う段階に達している。
今後の展望
今後の課題は、HT-6Mの加熱されたプラズマを全ての計測器で同時測定し、正確に記述することである。加熱の第一段階をクリヤし、再現性が良くなった現在、この新しい目標を達成することは可能である。LHDにおいては大久保らがイオンサイクロトロン加熱と低域混成波電流駆動との重畳実験の準備を進めており、HT-6Mでも同種の実験が行なわれているので双方に興味あるテーマとして今後さらに稔りある協力が生まれるものと期待される。
最終年度、ASIPPから霍裕平所長,万元熈副所長,王孔嘉所長助理の3人がNIFSを訪問し、飯吉厚夫所長、藤原正巳総主幹等と将来の共同研究の在り方に関して議論した。LHD、HT-7ともに超電導コイルを使用する装置であり、準定常プラズマ実験での長期的視野に立った研究協力の必要性を相互に認識した。ASIPPでは次期装置HT-7Uの建設が認められる可能性が高まっており、超電導コイルの設計を含め、HT-7Uの建設研究計画の策定においてもNIFSの協力を要請した。

研究成果

• [文献書誌] 熊沢隆平、沈学民、他: "CHSでの良好なICRFの条件" 核融合学会予稿. 308 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 益田伸一、沈学民、他: "CHSに於けるICRFの考察" 核融合学会予稿. 309 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 武藤敬、王兆申、沈学民、召育貴: "大型ヘリカル装置定常ICRF加熱開発" 核融合学会予稿. 179 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 関哲也、王兆申、沈学民、召育貴: "JIPP T-II Uにおける速波電流駆動" 核融合学会予稿. 215 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 新保富士男、王兆申、沈学民、召育貴: "大電力パルス用高周波同軸切り替え器の定常化への試み" 技術研究会. (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Li,N.Noda: "High-Z Component Behavior on HT-6M Tokamak" proc.12th Conference on Plasma Surface Interaction. (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Li,K.Toi,et al.: "Impurity Control on HT-6M" Technical Committee meeting on Research in University and Small Tokamak. (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Li,et al.: "A New Way of Achieving H-mode and Skin-size Electromagnetic Turbulence and Transport in HT-6M Limiter Tokamak" proc.IAEA Conf.on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion. LAEA-CN/60 (A2-II-2) (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Z.Wang,M.Sasao,et al.: "High Power ICRF Heating Experiments in HT-6M" Chenese Physics Letters. (to be published).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Li,T.Watari,et al.: "The Synergism on ICRF and LHCD on HT-6M" IAEA Conf.on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion. (to be published).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] W.Xu,B.Wan,J.Xie et al.: "Measurement of Visible Radiation in HT-6M Tokamak with Titanium Gettering and Boronization" Laser and Strong Beam. (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Mutoh,R.Kumazawa,T.Seki,F.Simpo,G.Nomura,S.Masuda,T.Ido,Z.Wang,: "Development of Steady State ICRF Heating for Large Helical Device" Proceedings of 16th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering, Champaign,Illinois, Oct.1-5,1995. (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Seki,T.Ido,T.Watari,R.Kumazawa,T.Mutoh,F.Shimpo,S.Masuda,Z.Wang: "Fast Wave Current Drive Experiment Using 12 Straps Antennain JIPP T-IIU Tokamak" American Physical Society 37th Annual Meeting of the Deivsion of Plasma Physics (APS-DPP95) Louisville,KY,November 6-10,1995. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Li, N.Noda, et al.: "High Z Component Behavior on HT-6M Tokamak" Proc.12th Conference on Plasma Surface Interaction. (to be published). (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Li, ......K.Toi, et al.: "Impurity Control on HT-6M" Technical Committee Meeting on University Research and Small Tokamak, Spain. (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Li, et al.: "A New Way to Achieve H-mode, and Skin-Size Electromagnetic Turbulence and Transport in HT-6M Limiter Tokamak" Proc.IAEA Conference of Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion IAEA-CN/60. A2II-2. (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Z.Wang, M.Sasao, et al.: "High Power ICRF Experiments" Chinese Physics Letter. (to be published). (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Li, T.Watari et al.: "The Synergism on ICRF and LHCD (for IAEA) on HT-6M" (to be published). (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] W.Xu, B.Wan, J.Xie et al.: "Measurement of Visible Radiation in HT-6M Tokamak with Titanium Gettering and Boronization" Laser and Strong Beam. (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R.Kumazawa, S.Shen, et al.: "Condition of good ICRF heating in CHS" Proc.12th Plasma and Nuclear Fusion Society Meeting. 308- (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Masuda, S.Shen, et al.: "Mechanism of good ICRF heating in CHS" Proc.12th Plasma and Nuclear Fusion Society Meeting. 309- (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Mutoh, Z.S.Wang, S.Shen, Y.Shao et al: "Development of ICRF Technology for LHD" Proc.12th Plasma and Nuclear Fusion Society Meeting. 179- (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] F.Shimpo, Z.Wang, S.Shen, Y.Shao et al.: "Development of High Power Steady State Coaxial Cable Switcher" Workshop on Technology. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Mutoh, R.Kumazawa, T.Seki, F.Simpo, G.Nomura, S.Masuda, T.Ido, Z.Wang: "Development of Steady State ICRF Heating for Large Helical Device" Proceedings of 16th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering, Champaign, Illinois, Oct.1-5,1995. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Seki, T.Ido, T.Watari, R.Kumazawa, T.Mutoh, F.Shimpo, S.Masuda, Z,Wang: "Fast Wave Current Drive Experiment using 12 Straps Antenna in JIPP T-IIU Tokamak" American Physical Society 37th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics (APS-DPP95) Louisville, KY,Nevember 6-10,1995. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Bahulkar: "The Madhyamaka-Hrdaya-Karika of Bhavaviveka A Photographic Reproduction of Prof.V.V.Gokhale′s Copy" Nagays Studies in Indian Culture and Buddhism:Sambhasa. 15. 1-49 (1994)
• [文献書誌] 立川 武蔵: "『完成せるヨーガgの環』第19章訳註" 密教図像. 13(3月発行予定). (1995)
• [文献書誌] 森 雅秀: "『完成せるヨーガgの環』第1章 「文殊金剛マンダラ」訳およびテキスト" 高野山大学密教文化研究所紀要. 7. 113-142 (1994)
• [文献書誌] 森 雅秀: "密教儀礼と聖なる空間" 日本仏教学会年報. 59. 105-121 (1994)
• [文献書誌] 山口 しのぶ: "チャクラサンヴァラ三三昧研究(1)" 東海仏教. 39. 12-26 (1994)
• [文献書誌] 山口 しのぶ: "Balimalaの観想法" 印度学仏教学研究. 43(2)(3月発行予定). 3 (1995)
• [文献書誌] 熊沢隆平,西村清彦,沈学民: "CHS装置での良好なICRF加熱の条件" 第12回プラズマ核融合学会予稿集. 308-308 (1995)
• [文献書誌] 益田伸一,D.Rasmussen,沈学民: "CHSに於けるICRF加熱機構の考察" 第12回プラズマ核融合学会予稿集. 309-309 (1995)
• [文献書誌] 武藤敬,王兆申,沈学民,邵育貴: "大型ヘリカル装置用定常ICRF加熱開発" 第12回プラズマ核融合学会予稿集. 179-179 (1995)
• [文献書誌] 新保富士夫,王兆申,沈学民,邵育貴: "大電力パルス用高周波同軸切り換え器の定常化への試み" 平成6年度高エネルギー物理学研究所技術研究会報告書. (1995)
• [文献書誌] 関哲夫,王兆申,沈学民,邵育貴: "JIPP T-IIUトカマクに於ける速波電流駆動" 第12回プラズマ核融合学会予稿集. 215-215 (1995)
• [文献書誌] 立川 武蔵,森 雅秀,山口 しのぶ: "Five Hundred Tibetan Buddhist Deitles" 国立民族学博物館, 565 (1995)