プラズマ過程と原子分子過程の複合による核燃焼プラズマの境界構造形成と動特性の研究

• 研究課題/領域番号: 15560722
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 特殊法人日本原子力研究所
• 研究代表者: 鎌田 裕 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 室長 (30354567)
• 研究分担者: 波多江 仰紀 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 副主任研究員 (10343914) ; 杉原 正芳 特殊法人日本原子力研究所, ITER開発室, 主任研究員 ; 竹永 秀信 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 副主任研究員 (60354601) ; 大山 直幸 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 研究員 (80354596) ; 浦野 創 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 研究員 (70391258) ; 居田 克巳 (居田 克己) 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (00184599) ; 中嶋 洋輔 筑波大学, プラズマ研究センター, 助教授 (00188939)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2003年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 周辺ペデスタル構造 / ELM / 中性粒子 / プラズマ回転 / ポロイダルベータ / Hモード / トカマク / 核融合 / 周辺プラズマ構造 / 原子分子過程とプラズマ過程 / 密度分布 / ヘリカル / タンデムミラー / 国際データベース

研究概要

本研究の目的は、プラズマ過程と原子分子過程を複合するアプローチにより、トカマクプラズマの境界に自己形成される「周辺ペデスタル」の空間構造及びその動特性を明らかにするものである。成果の概要は以下の通りである。
JT-60(日本原子力研究所)の実験結果から、広範囲に亘るトカマク境界プラズマ構造のデータベースを作成し、解析を行った。また、JT-60とJET(欧州)との国際装置間比較実験を実施し、周辺構造の比較研究を行った。その結果、1)同一磁場配位の下で、周辺密度が一定であっても、第一壁での粒子リサイクリング(〜中性粒子密度)が大きい場合には周辺ペデスタルエネルギーが低下すること、その中性粒子密度はダイバータ領域近傍に強く局在化すること、2)周辺部のトロイダル回転により、ELM(周辺局在モード)の構造と動特性及びこれらで決まる周辺圧力勾配が変化することを新たに見いだした。これにより、複雑系を成す周辺ペデスタル領域での物理量の相関に、中性粒子分布及び回転を含めることが本質的であることを明らかにした。さらに、3)ペデスタルエネルギーと周辺圧力勾配が、コア部のポロイダルベータ値と強い正の相関を持つこと、4)規格化衝突度の減少とともにELM間の輸送が改善すること、及びELMによって単位時間あたりに放出されるエネルギーが増加することも新たに明らかにした。これらの成果を統合し、周辺ペデスタル構造を決定するパラメータ相関モデルを提唱した。また、以上のデータベースを、国際トカマク物理活動の国際データベースへ提供した。このとき、本研究を、同活動での中心的な研究課題の一つとしてより広く国際的に進めることが決定された。また、国内活動においても、核融合フォーラム物理クラスターにおける中心課題となった。特に、中性粒子の影響は、磁場配位によらない共通の現象であることから、核融合科学研究所や京都大学のヘリカル装置での共通データベースの作成と、その後のトカマク装置との比較データベースの作成が合意されるに至った。

研究成果

• [雑誌論文] Pedestal Characteristics of H-mode Plasmas in JT-60U and ASDEX Upgrade (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Urano, Y.Kamada, T.Takizuka, W.Suttrop, L.D.Horton, P.Lang, H.Kubo, N.Oyama, H.Takenaga, N.Asakura
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research 81 ページ: 280-287
  • NAID: 110006281929
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dimensionless pedestal identity experiments in JT-60U and JET in ELMy H-mode plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: G.Saibene, T.Hatae, D.J.Campbell, J.G.Cordey, E de la Luna, C.Giround, K.Guenther, Y.Kamada, M.A.H Kempenaars, A.Loarte, et al.
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Impact of toroidal rotation on ELM behavior in the H-mode on JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakamoto, H.Shirai, T.Fujita, S.Ide, T.Takizuka, N.Oyama, Y.Kamada
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Density fluctuation at edge and internal transport barriers in JT-60U' (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, L.G.Bruskin, H.Takenaga, K.Shinohara, A.Isayama, S.Ide, Y.Sakamoto, T.Suzuki, T.Fujita, Y.Kamada, Y.Miura
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Fast dynamics of type I ELMs and transport of the ELM pulse in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, N.Asakura, A.V.Chankin, T.Oikawa, M.Sugihara, H.Takenaga, K.Itami, Y.Miura, Y.Kamada, K.Shinohara
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 44 ページ: 582-592
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Energy loss for grassy ELMs and effects of plasma rotation on the ELM characteristics in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, Y.Sakamoto, M.Takechi, A.Isayama, P.Gohil, L.Lao, P.Snyder, T.Suzuki, Y.Kamada, T.Oikawa, H.Takenaga, T.Fujita, S.Ide, Y.Miura, K.Toi, the JT-60 Team
  • 雑誌名: Proc.20th IAEA Fusion Energy Conference(Nuclear Fusion) IAEA-CN-116(to be published)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dimensionless Identity Experiments in JT-60U and JET (2004)
  • 著者名/発表者名: G Saibene, N Oyama, Y Andrew, JG Cordey, E de la Luna, C Giroud, K Guenther, T Hatae, GTA Huysmans, Y Kamada, MAH Kempenaars, A Loarte, J Lonnroth, D McDonald, A Meiggs, MFF Nave, V Parail, R Sartori, S Sharapov, J Stober, T Suzuki, M Takechi, K Toi, H Urano
  • 雑誌名: Proc.20th IAEA Fusion Energy Conference(Nuclear Fusion) IAEA-CN-116(to be published)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dimensionless pedestal identity experiments in JT-60U and JET in ELMy H-mode plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: G.Saibene, T.Hatae, D.J.Campbell, J.G.Cordey, E de la Luna, C.Giround, K.Guenther, Y.Kamada, M.A.H.Kempenaars, A.Loarte, et al.
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dimensionless pedestal identity experiments in JT-60U and JET in ELMy H-mode plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakamoto, H.Shirai, T.Fujita, S.Ide, T.Takizuka, N.Oyama, Y.Kamada
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Density fluctuation at edge and internal transport barriers in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, L.G.Bruskin, H.Takenaga, K.Shinohara, A.Isayama, S.Ide, Y.Sakamoto, T.Suzuki, T.Fujita, Y.Kamada, Y.Miura
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fast dynamics of type IELMs and transport of the ELM pulse in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, N.Asakura, A.V.Chankin, T.Oikawa, M.Sugihara, H.Takenaga, K.Itami, Y.Miura, Y.Kamada, K.Shinohara
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 44 ページ: 582-592
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Energy loss for grassy ELMs and effects of plasma rotation on the ELM characteristics in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, Y.Sakamoto, M.Takechi, A.Isayama, P.Gohil, L.L.Lao, P.B.Snyder, T.Suzuki, Y.Kamada, T.Oikawa, H.Takenaga, T.Fujita, S.Ide, Y.Miura, K.Toi, the JT-60 Team
  • 雑誌名: Proc. 20th IAEA Fusion Energy Conference IAEA CN-116 (to be published in Nuclear Fusion)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dimensionless Identity Experiments in JT 60U and JET (2004)
  • 著者名/発表者名: G Saibene, N Oyama, Y Andrew, JG Cordey, E de la Luna, C Giroud, K Guenther, T Hatae, GTA Huysmans, Y Kamada, MAH Kempenaars, A Loarte, J Lonnroth, D McDonald, A Meiggs, MFF Nave, V Parail, R Sartori, S Sharapov, J Stober, T Suzuki, M Takechi, K Toi, H Urano
  • 雑誌名: Proc. 20th IAEA Fusion Energy Conference IAEA-CN-116 (to be published in Nuclear Fusion)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Energy loss for grassy ELMs and effects of plasma rotation on the ELM characteristics in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, Y.Sakamoto, M.Takechi, A.Isayama, P.Gohil, L.L.Lao, P.B.Snyder, T.Suzuki, Y.Kamada, T.Oikawa, H.Takenaga, T.Fujita, S.Ide, Y.Miura, K.Toi, the JT-60 Team
  • 雑誌名: Proc.20th IAEA Fusion Energy Conference IAEA-CN-116
• [雑誌論文] Dimensionless Identity Experiments in JT-60U and JET (2004)
  • 著者名/発表者名: G Saibene, N Oyama, Y Andrew, JG Cordey, E de la Luna, C Giroud, K Guenther, T Hatae, GTA Huysmans, Y Kamada, MAH Kempenaars, A Loarte, J Lonnroth, D McDonald, A Meiggs, MFF Nave, V Parail, R Sartori, S Sharapov, J Stober, T Suzuki, M Takechi, K Toi, H Urano
  • 雑誌名: Proc.20th IAEA Fusion Energy Conference IAEA-CN-116
• [雑誌論文] Asymmetry of collapse of density pedestal by type I ELM in TJ-60U' (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, Y.Miura, A.V.Chankin, H.Takenaga, N.Asakura, Y.Kamada, T.Oikawa, K.Shinohara, S.Takeji
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 43 ページ: 1250-1257
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Asymmetry of collapse of density pedestal by type IELM in JT-60U (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Oyama, Y.Miura, A.V.Chankim, H.Takenaga, N.Asakura, Y.Kamada, T.Oikawa, K.Shinohara, S.Takeji
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 43 ページ: 1250-1257
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より