トカマクプラズマにおけるプラズマ回転の動的形成過程

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11480113
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 上杉 喜彦 名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 助教授 (90213339)
• 研究分担者: 叶 民友 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (10270985) ; 大野 哲靖 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (60203890) ; 高村 秀一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40023254)
• キーワード: プラズマ回転 / 電極バイアス / 電場シアー / E×Bプラズマ回転 / 回転ヘリカル摂動磁場 / 動的エルゴディックダイバータ / IGBTインバータ電源 / 高速フィードバック制御

研究概要

本研究は、(1)トカマクプラズマにおけるプラズマ回転の動的形成過程の解明、(2)プラズマ回転形成過程と電場シアー形成との関連の解明、(3)回転ヘリカル磁場印加によるプラズマ回転駆動機構の解明等を目的として行われた。
これまでに得られた成果は、
・プラズマ回転形成過程の詳細な実験を行うために、既設小型トカマク装置HYBTOK-IIにIGBTインバータ電源をジュールコイルおよび垂直磁場コイル電源用に導入し、プラズマ電流の任意波形制御とディジタル信号処理回路とIGBT高速垂直磁場電源を組み合わせたプラズマ水平位置制御により、これまでのコンデンサバンク方式のトカマク放電では得られなかった幅広い放電条件化で再現性良くプラズマを生成することが可能となった。
・主モードm=6/n=1の回転ヘリカル磁場を発生するヘリカルコイルをHYBTOK-IIトカマクに据え付け、ヘリカル摂動磁場のプラズマ中への浸透過程が、外部回転ヘリカル摂動磁場とプラズマの自発的回転(E×B回転)との相対的速度により、摂動磁場が増幅(相対回転速度 : 小)する場合と摂動磁場が減衰(相対速度 : 大)する場合があることを実験および数値計算から明らかにした。
・外部回転ヘリカル磁場の浸透およびヘリカル遮蔽電流の形成過程を制御するために、電極バイアス印加によるプラズマ回転制御実験を回転ヘリカル摂動磁場印加に重畳し、ヘリカル摂動磁場の浸透分布およびその時間変化を調べた結果、電極バイアス印加により相対的なプラズマ回転速度を上げた場合、より顕著な摂動磁場遮蔽効果が見られた。また、プラズマ回転のON/OFF制御による摂動磁場強度が、ある緩和時間を持って変化することが観測された。今後、詳細な時間応答性の観測により、ヘリカル摂動磁場印加による磁気島形成と遮蔽電流の誘起過程を明らかにしていく予定である。

研究成果

• [文献書誌] 菊池祐介, 小島寛樹, 谷山智則, 豊田光洋, 上杉喜彦, 高村秀一: "動的エルゴディックダイバータ"電気学会論文誌. 121-A. 249 (2001)
• [文献書誌] Y. Kikuchi, H. Kojima, T. Taniyama, M. Toyoda, Y. Uesugi, S. Takamura: "Characteristics of Local Helical Coil System for Dynamic Ergodic Divertor"Electrical Engineering in Japan. 139. 16 (2002)
• [文献書誌] Y. Kikuchi, H. Kojima, T. Taniyama, M. Toyoda, Y. Uesugi, S. Takamura: "Effects of Dynamic Island Formations on Rotating Helical Magnetic Field Penetration into the Tokamak Plasma"Proceedings of 28 th EPS conference on Controlled Fusion and Plasma Phys. Funchal. 25A. 277-280 (2001)
• [文献書誌] M. Toyoda, T. Taniyama, Y. Kikuchi, Y. Uesugi, S. Takamura: "Improvement of the Plasma Control by IGBT Invertor Power Supplies in HYBTOK-II Tokamak"Proceedings of 25 th Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases, Nagoya. 191-192 (2001)
• [文献書誌] Y. Kikuchi, V. P. Budaev, M. Toyoda, Y. Uesugi, S. Takamura: "Change of Rotating Helical Field Penetration into Tokamak Plasmas due to Local Plasma Rotation"Abstracts of Joint Conference of the12 th International Toki Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion and the 3rd General Scientific Assembly of Asia Plasma Fusion Association. PI-31 (2001)
• [文献書誌] Y. Kikuchi, V. P. Budaev, Y. Uesugi, M. Toyoda, S. Takamura: "Dynamic Behaviors of Tokamak Plasma Induced by Externally Rotating Helical Magnetic Field"to be presented in 29 th EPS Conference, Montreux, Switzerland. (2002)