電子加熱時のイオン及び電子系乱流と輸送特性の相関の実験的検証

• 研究課題/領域番号: 16K06947
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 吉田 麻衣子 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 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (20391261)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 電子加熱 / 輸送と閉じ込め / 乱流輸送 / 磁気シア / 熱輸送 / プラズマ制御 / エネルギー閉じ込め / 乱流 / プラズマ・核融合

研究成果の概要

ITERや原型炉における燃焼プラズマでの加熱は、核融合反応により生じたアルファ粒子による電子加熱が主体となる。JT-60を含む多くの装置において、電子を加熱する電子サイクロトロン加熱（ECH）を行うと、エネルギー閉じ込めの劣化やプラズマ回転の変化をもたらすことが観測されている。本研究では、DIII-D装置の様々な磁気シアの高性能プラズマ放電を用いてECH入射時の輸送と揺動の変化に関する実験を行い、どのような条件の時に輸送の劣化が抑えられるかを明らかにした。また実験結果と理論モデルによる予測との比較を行うことで、その原因について解釈を与えた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

多くの装置で乱流輸送研究はなされているが、本研究のように高性能プラズマで且つ電子加熱が強い領域での、電子系乱流とイオン系乱流に着目した実験研究はこれまでに例が無く、イオン系及び電子系乱流揺動計測、プラズマ空間分布の時間変化、定常及び非定常輸送解析、局所的及び大域的運動論モデルといった、包括的な研究アプローチをとる本研究を皮切りに、電子加熱時の輸送物理の理解が飛躍的に向上し、乱流シミュレーション・コード開発に貢献すると期待される。検証したモデルにより、より精度の高いプラズマ予測に貢献でき、運転シナリオ開発に貢献できる。

研究成果

• [国際共同研究] General Atomics(米国)
• [国際共同研究] TCV(スイス)
• [国際共同研究] General Atomics(米国)
• [国際共同研究] General Atomics(米国)
• [国際共同研究] General Atomics(米国)
• [雑誌論文] Advances in the physics studies for the JT-60SA tokamak exploitation and research plan (2020)
  • 著者名/発表者名: G Giruzzi , M Yoshida, 他100名
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 62 号: 1 ページ: 014009-014009
  • DOI: 10.1088/1361-6587/ab4771
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Extension of the operating space of high-bN fully non-inductive scenarios on TCV using neutral beam injection (2019)
  • 著者名/発表者名: C. Piron, J. Garcia, M. Yoshida, 他13名
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 号: 9 ページ: 096012-096012
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab2bb6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Physics research on the TCV tokamak facility: from conventional to alternative scenarios and beyond (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Coda , M. Agostini, M. Yoshida, 他多数
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 号: 11 ページ: 112023-112023
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab25cb
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of the applied magnetic fields with various toroidal phase differences on the neoclassical toroidal viscosity in JT-60SA (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Honda, S. Satake, Y. Suzuki, G. Matsunaga, K. Shinohara, N. Aiba, M. Yoshida and S. Ide
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 58 号: 11 ページ: 112012-112012
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aabaaa
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physics and operation oriented activities in preparation of the JT-60SA tokamak exploitation (2017)
  • 著者名/発表者名: G. Giruzzi, M. Yoshida,他93名
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 8 ページ: 085001-085001
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa7962
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Predictions of toroidal rotation and torque sources arising in non-axisymmetric perturbed magnetic fields in tokamaks (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Honda, S. Satake, Y. Suzuki, K. Shinohara, M. Yoshida, E. Narita, M. Nakata, N. Aiba, J. Shiraishi, N. Hayashi, G. Matsunaga, A. Matsuyama and S. Ide
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 11 ページ: 116050-116050
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa7e90
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of toroidal rotation on electron heat transport via changes in inertial force and impurity density (2017)
  • 著者名/発表者名: E Narita, M Honda, M Yoshida, N Hayashi, H Urano and S Ide
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 号: 4 ページ: 044012-044012
  • DOI: 10.1088/1361-6587/aa5e02
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of hot particles on resistive wall mode stability in rotating high-beta plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Shiraishi, N. Miyato, G. Matsunaga, M. Toma, M. Honda, T. Suzuki, M. Yoshida, N. Hayashi and S. Ide
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 12 ページ: 126051-126051
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa85a8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic shear effects on plasma transport and turbulence at high electron to ion temperature ratio in DIII-D and JT-60U plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, G. R. McKee, M. Murakami, B. A. Grierson, M. Nakata, E. M. Davis, A. Marinoni, M. Ono, T. L. Rhodes, C. Sung, L. Schmitz, C. C. Petty9, J.R. Ferron, F. Turco, A. M. Garofalo, C. T. Holcomb, C. M. Collins, W. M. Solomon
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 5 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa611e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Design of tangential viewing phase contrast imaging for turbulence measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka et al,
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.4960057
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Validation studies of gyrokinetic ITG and TEM turbulence simulations in JT-60U tokamak using multiple flux matching (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nakata, M. Honda, M. Yoshida, H. Urano, M. Nunami, S. Maeyama, T.H. Watanabe, H. Sugama
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 56 号: 8 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1088/0029-5515/56/8/086010
  • NAID: 120007181931
  • 査読あり
• [学会発表] JT-60SAプラズマ運転コミッショニング計画と準備検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田麻衣子，浦野創，若月琢馬，宮田良明，井上静雄，仲野友英，諫山明彦，大山直幸，鈴木隆博
  • 学会等名: 第36回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Particle transport modeling based on gyrokinetic analyses of JT-60U plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: E. Narita, M. Honda, M. Nakata, M. Yoshida, N. Hayashi and H. Takenaga
  • 学会等名: 16th Burning Plasma Simulation Initiative (BPSI) Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] VIABILITY OF WIDE PEDESTAL QH-MODE FOR BURNING PLASMA OPERATION (2018)
  • 著者名/発表者名: D. R. Ernst, K.H. Burrell, C. C. Petty, M. Yoshida 他17名
  • 学会等名: 27th IAEA Fusion Energy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Extension of the operating space of high-βN fully non-inductive scenarios on TCV using Neutral Beam Injection (2018)
  • 著者名/発表者名: C. Piron, J. Garcia, T. Goodman, M. Yoshida 他14名
  • 学会等名: 27th IAEA Fusion Energy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Gyrokinetic Modeling of Turbulent Particle Fluxes towards Efficient Predictions of Density Profiles (2018)
  • 著者名/発表者名: E. Narita, M. Honda, M. Nakata, M. Yoshida, N. Hayashi and H. Takenaga
  • 学会等名: 27th IAEA Fusion Energy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Development of the particle transport model based on gyrokinetic analysis of JT-60U tokamak plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: E. Narita, M. Honda, M. Nakata, M. Yoshida, H. Takenaga and N. Hayashi
  • 学会等名: US-Japan JIFT workshop
  • 国際学会
• [学会発表] ジャイロ運動論に基づく準線形粒子輸送モデルを用いた密度分布制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: E. Narita, M. Honda, M. Nakata, M. Yoshida, H. Takenaga and N. Hayashi
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] ジャイロ運動論に基づく乱流粒子輸送モデルの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Narita, M. Honda, M. Nakata, M. Yoshida, H. Takenaga and N. Hayashi
  • 学会等名: 第23回NEXT(数値トカマク)研究会
• [学会発表] Coherent core fluctuations in negative magnetic shear discharges on JT-60U (2017)
  • 著者名/発表者名: Makoto Ono, Naoyuki Oyama, Maiko Yoshida, Takahiro Suzuki, Go Matsunaga
  • 学会等名: Plasma conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of the applied magnetic field phasing on the neoclassical toroidal viscosity and toroidal rotation in JT-60SA (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Honda, S. Satake, Y. Suzuki, G. Matsunaga, K. Shinohara, M. Yoshida and S. Ide
  • 学会等名: 16th International Workshop on H-mode Physics and Transport Barriers
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic shear effects on plasma transport and turbulence at high electron to ion temperature ratio in DIII-D and JT-60U plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, G. R. McKee, M. Murakami, C. M. Collins, E. M. Davis, J. R. Ferron, A. M. Garofalo, B. A. Grierson, C. T. Holcomb, A. Marinoni, M. Nakata, M. Ono, C. C. Petty, T. L. Rhodes, L. Schmitz, W. M. Solomon, C. Sung, F. Turco
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of Sustainable Reduced-Power non-inductive Scenarios on JT-60SA (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Romanelli, P. Aresta-Belo, G. Corrigan, L. Garzotti, D. Harting, F. Koechl, S. Saarelma, S. Wiesen, M. Wischmeier, R. Zagórski, T. Bolzonella, L. Pigatto, J. Garcia, P. Maget, E. de la Luna, N. Hayashi, T. Nakano, S. Ide, M. Yoshida, H. Urano
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Physics and operation oriented activities in preparation of the JT-60SA tokamak exploitation (2016)
  • 著者名/発表者名: G. Giruzzi, M. Yoshida, et al
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Kinetic Efects of Energetic Particles on Resistive Wall Mode Stability in Rotating High-beta Plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Shiraishi, N. Miyato, G. Matsunaga, M. Toma, M. Honda, T. Suzuki, M. Yoshida, N. Hayashi and S. Ide
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Physics and modeling of toroidal rotation and torque sources in JT-60U (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Honda, M. Yoshida, S. Satake, Y. Suzuki, N. Hayashi, K. Shinohara, A. Matsuyama, K. Kamiya, G. Matsunaga, S. Ide, H. Urano and M. Nakata
  • 学会等名: 18th International Congress on Plasma Physics
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会 / 招待講演