高閉じ込めトカマクプラズマにおける電流ホールの自己形成に関する研究

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15340203
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 小関 隆久 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究主席 (50354577)
• 研究分担者: 藤田 隆明 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究主幹 (70354602) ; 滝塚 知典 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究副主幹 (40354576) ; 津田 孝 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究職 (10354581) ; 中村 幸治 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究主幹 (80354570) ; 林 伸彦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究職 (10354573)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: 電流ホール / トカマク / プラズマ / 自己形成 / 熱・粒子輸送 / 磁気流体安定性 / シミュレーション / simulation

研究概要

JT-60など大型トカマクプラズマで観測された電流ホールの自己形成に関する機構を解明することを目的とし、以下の様な研究を行った。
1.プラズマ中心付近の電流密度が零に近いトカマクプラズマの安定した平衡モデルとして、三磁気島平衡モデルを提案し、その形成と安定維持条件を明らかにした。
2.電流ホールプラズマの様に、強い負磁気シアプラズマにおける理想MHDモードによるベータ限界特性を示し、零シア付近で圧力勾配が小さくなるように圧力分布と電流分布を調整することにより、β_N>4の高ベータ領域までアクセスできる可能性を示した。
3.三磁気島平衡モデルを用いて、電流ホールの分布形成およびその維持を1.5次元輸送シミュレーションと実験との比較により解明した。強い内部輸送障壁と負磁気シア領域における異常輸送の急激な減少が、局所的ブートストラップ電流の増加と負の電場の滲み込みによって電流ホールの分布形状を自発的に形成することを明らかにした。また、電流ホール内のエネルギー閉じ込め則および電流駆動による電流ホールの維持特性を明らかにした。
4.磁気流体シミュレーションにより中心部に負の電場がかかっている状況でプラズマの応答を解析し、互いに逆方向に回転する双渦構造が形成されることを示した。この対流運動が中心部に残った磁場と相互作用し負の電場を打ち消すことを示した。
電流ホールは、強い内部輸送障壁が形成され、電流ホール領域では新古典レベルまで輸送係数が下がっており、高い閉じ込め性能を持つ核融合炉への応用の可能性がある。また、電流分布と圧力分布の適切な組み合せが可能になれば、高ベータプラズマを形成できる可能性がある。このため、電流ホールプラズマは、これまでの閉じ込め性能を大きく凌駕する高性能トカマク核融合炉となりうる潜在能力を持っていることが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Integrated Simulation Code for Burning Plasma Analysis (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ozeki, et al.
  • 雑誌名: Fusion Sci. and Tech. 49(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Physics of Strong Internal Transport Barriers In JT-60U Reversed-Magnetic-Shear Plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Hayashi, et al.
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 48 ページ: A55-A61
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Integrated Simulation Code for Burning Plasma Analysis (2006)
  • 著者名/発表者名: Ozeki, N.Aiba, N.Hayashi, T.Takizuka, M.Sugihara, N.Oyama
  • 雑誌名: Fusion Sci. and Tech.Phys July(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Physics of Strong Internal Transport Barriers in JT 60U Reversed-Magnetic-Shear Plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Hayashi, T.Takizuka, Y.Sakamoto, T.Fujita, Y.Kamada, S.Ide, Y.Koide
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 48 ページ: A55-A61
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Profile Formation and Sustainment of Autonomous Tokamak Plasma with Current Hole Configuration (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Hayashi, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 45 ページ: 933-941
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Current Clamp at Zero Level in JT-60U Current Hole Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Fujita.et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 95 ページ: 175001
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Role of double tearing mode on the formation of Current Hole (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Tuda, et al.
  • 雑誌名: Proc. 19th International Conference on Numerical Simulation of Plasmas and 7TH Asia pacific Plasma Theory Conference, P2-21 ページ: 88
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Profile Formation and Sustainment of Autonomous Tokamak Plasma with Current Hole Configuration (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Hayashi, T.Takizuka, T.Ozeki
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 45 ページ: 933-941
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Current Clamp at Zero Level in JT 60U Current Hole Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Fujita, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 95 ページ: 075001
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Role of double tearing mode on the formation of Current Hole (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Tuda, G.Kurita, T.Fujita
  • 雑誌名: Proc.19th International Conference on Numerical Simulation of Plasmas and 7TH Asia pacific Plasma Theory Conference 88 ページ: 2-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Stiffness of Central Current and Temperature Profiles in JT-60U Current Hole Plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Fujita.et al.
  • 雑誌名: Fusion Energy 2004 (Proc. 20th Int. Conf. Vilamoura, 2004) (Vienna; IAEA) CD-ROM ページ: EXP/P4-3
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Stiffness of Central Current and Temperature Profiles in JT 60U Current Hole Plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Fujita, et al.
  • 雑誌名: in Fusion Energy 2004 (Proc.20th Int.Conf.Vilamoura,2004)(Vienna ; IAEA) CD-ROM file EX/P4-3
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より