核燃焼プラズマ圧力障壁の不可逆崩壊とディスラプション回避シナリオの研究

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16360464
• 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: 核融合学
• 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: 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)
• 研究分担者: 小出 芳彦 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, 研究主幹 (70354595) ; 坂本 宜照 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 (30354583) ; 筒井 広明 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (20227440) ; 杉原 正芳 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 (20414550) ; 武智 学 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 (40370423)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• キーワード: 内部輸送障壁(ITB) / 負磁気シア・プラズマ / 先進運転シナリオ / ディスラプション / 自発電流 / 磁気流体シミュレーション / 非誘導電流駆動 / 自律競合現象

研究概要

本研究の目的は、輸送障壁構造を安定に制御することが困難な負磁気シア・プラズマについて、そこで多発するディスラプションの特性を明らかにするとともに、これを迂回しながら高ベータ・高自発電流プラズマを実現する安定運転経路を示し、これによって、ディスラプション緩和と整合した実用的な核融合炉設計指針と先進運転シナリオを提示することである。本研究で得た成果は以下の通りである。
磁気シアに応じた輸送改善とこれによるプラズマ圧力と自発電流の構造形成を与える自己無撞着な輸送シミュレーション・モデルを開発した。まず、熱消滅発生やその際の電流スパイク,垂直移動などのディスラプションの急激現象や、輸送障壁プラズマ運転の障害になる低ベータ・ディスラプション発生の物理モデルを構築した。これにより、ディスラプション回避の指針を示すとともに、前兆現象がほとんどないため予測が困難とされるべータ限界型ディスラプションにも適用できる新規ニューラル・ネットを発案し、その有効性をJT-60U実験で実証した。さらに、高閉込め・高自発電流特性に適した輸送障壁プラズマについて、自発電流を積極的に用いた非誘導的なプラズマ電流立ち上げや変流器コイル電流の再励磁などの先進定常運転シナリオを示した。同時に、200kW程度の小パワーの摂動的誘導電場によって輸送障壁の構造を外部から制御する革新的な核燃焼制御シナリオを発案し、このシナリオの妥当性をTCV実験で示した。NB電流駆動を停止した後間欠的なベータ崩壊が発生するJT-60U負磁気シア放電について、NB電流駆動停止によって生じた"リターン電流"が空間拡散することで輸送障壁構造に影響を与える結果、蓄積エネルギーが増大して崩壊領域が周辺部に局在化した間欠的MHD不安定性が起きることを明らかにし、大規模ディスラプション回避に資する重要知見を得た

研究成果

• [雑誌論文] Intermittent ・ Collapse after NBCD Turn-off in JT-60U Fully Non-inductive, Reversed Shear Discharges (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Takei, Y.Nakamura, M.Ushigome, T.Suzuki, N.Aiba, M.Takechi, K.Tobita, Y.Takase, A.Fukuyama, S.C.Jardin
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 49 ページ: 335-345s
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Disruption Scenarios, their Mitigation and Operation Window in ITER (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sugihara, M.Shimada, H.Fujieda, Yu.Gribov, K.Ioki, Y.Kawano, R.Khayrutdinov, V.Lukash, J.Ohmori
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 47 ページ: 337-352
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of a Low Plasma-Rotation Threshold for Stabilization of the Resistive-Wall Mode (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Takechi, G.Matsunaga, N.Aiba, T.Fujita, T.Ozeki, Y.Koide, Y.Sakamoto, G.Kurita, A.Isayama, Y.Kamada, the JT-60 team
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 98 ページ: 055002
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Intermittent b Collapse after NBCD Turn-off in JT-60U Fully Non-Inductive, Reversed Shear Discharges (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Takei, Y.Nakamura, M.Ushigome, T.Suzuki, N.Aiba, M.Takechi, K.Tobita, Y.Takase, A.Fukuyama, S.C.Jardin
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 49 ページ: 335-345
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Response of Toroidal Rotation Velocity to Electron Cyclotron Wave Injection in JT-60U (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakamoto, S.Ide, M.Yoshida, Y.Koide, T.Fujita, H.Takenaga, Y.Kamada
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 48 ページ: A63-A70
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Simulation Study on Inductive ITB Control in Reversed Shear Tokamak Discharges (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakamura, K.Tobita, A.Fukuyama, N.Takei, Y.Takase, T.Ozeki, S.C.Jardin
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 46 ページ: S645-S651
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Status and Prospect of JT-60 plasma Control and Diagnostic Data Processing Systems for Advanced Operation Scenarios (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Kurihara, I.Yonekawa, Y.Kawamata, M.Sueoka, H.Hosoyama, S.Sakata, T.Oshima, M.Sato, K.Kiyono, T.Ozeki
  • 雑誌名: Fusion Eng. Design 81 ページ: 1729-1734
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Modeling of Plasma Current Decay during the Disruptions Caused by Massive Impurity Injection (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Ohwaki, M.Sugihara, A.Hatayama
  • 雑誌名: Plasma Fusion Res. 1 ページ: 016-1-016-6
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Concept of core and divertor plasma for fusion DEMO plant at JAERI (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, S.Sakurai, S.Nishio, K.Tobita, T.Inoue, Y.Nakamura, K.Shinya, H.Fujieda
  • 雑誌名: Fusion Eng. Design 81 ページ: 1277-1284
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Status and Prospect of JT-60 plasma Control and Diagnostic Data Processing Systems for Advanced Operation Scenarios (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Kurihara, I.Yonekawa, Y.Kawamata, M.Sueoka, H.Hosoyama, S.1 Sakata, T.Oshima, M.Sato, K.Kiyono, T.Ozeki
  • 雑誌名: Fusion Eng. Design 81 ページ: 1729-1734
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Concept of core and divertor plasma for fusion DEMO plant at JAERI (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, S.Sakurai, S.Nishio, K.Tobita, T.Inoue, Y Nakamura, K.Shinya, H.Fujieda
  • 雑誌名: Fusion Eng. Design 81 ページ: 1277-1284
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Stationary High Confinement Plasmas with Large Bootstrap Current Fraction in JT-60U (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakamoto, T.Fujita, S.Ide, A.Isayama, M.Takechi, T.Suzuki, H.Takenaga, N.Oyama, Y.Kamada, the JT-60 Team
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 45 ページ: 574-580
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Enhanced Performance and Control Issues in JT-60U Long Pulse Discharges (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakamoto, the JT-60 Team
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 47 ページ: B337-B348
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characterization of Plasma Current Quench at JET (2005)
  • 著者名/発表者名: V.Riccardo, P.Barabaschi, M.Sugihara
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 47 ページ: 117-129
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] MHD Instabilities Leading to Disruptions in Low Beta JT-60U Reversed Shear Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takechi, T.Fujita, Y.Ishii, T.Ozeki, T.Suzuki, A.Isayama, JT-60 Team
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 45 ページ: 1694-1699
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neural-net Predictor for Beta Limit Disruptions in JT-60U (2005)
  • 著者名/発表者名: R.Yoshino
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 45 ページ: 1232-1246
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Analysis of the Direction of Plasma Vertical Movement during Major Disruptions in ITER (2005)
  • 著者名/発表者名: V.Lukash, M.Sugihara, Y.Gribov, H.Fujieda
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 47 ページ: 2077-2086
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Requirements for Pellet Injection ITER Scenarios with Enhanced Particle Confinement (2005)
  • 著者名/発表者名: A.R.Polevoi, M.Shimada, M.Sugihara, Yu.L.Igitkhanov, V.S.Mukhovatov, A.S.Kukushkin, S.Yu.Medvedev, A.V.Zvonkov, A.A.Ivanov
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 45 ページ: 1451-1456
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Basic Methods for Understanding of Plasma Equilibrium toward Advanced Control (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Kurihara, Y.Kawamata, M.Sueoka, H.Hosoyama, I.Yonekawa, T.Suzuki, T.Oikawa, S.Ide, JT-60 Team
  • 雑誌名: Fusion Eng. Design 74 ページ: 527-536
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Conceptual Design of Spherical Torus with TF-CS Hybrid Coils Based on Virial Theorem (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Tsutsui, S.Nomura, S.Tsuji-lio, R.Shimada
  • 雑誌名: Fusion Eng. Design 75-79 ページ: 67-70
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] MHD Instabilities Leading to Disruptions in Low Beta JT-60 Reversed Shear Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takechi, T.Fujita, Y.Ishii, T.Ozeki, T.Suzuki, A.Isayama, JT-60 Team
  • 雑誌名: Nucl.Fusion 45 ページ: 1694-1699
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Requirements for Pellet Injection ITER Scenarios with Enhanced Particle Confinement (2005)
  • 著者名/発表者名: A.R.Polevoi, M.Shimada, M.Sugihara, Yu.L.Igitkhanov, V.S.Mukhovatov, A.S.Kukushkin, S.Yu.Medvedev, A.V.Zvonkov, A.A.Ivanov
  • 雑誌名: Nucl.Fusion 45 ページ: 1451-1456
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Conceptual Design of Spherical Torus with TF-CS Hybrid Coils Based on Virial Theorem (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Tsutsui, S.Nomura, S.Tsuji-Iio, R.Shimada
  • 雑誌名: Fusion Eng. Design 75-79 ページ: 67-70
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Current Profile Behavior during Ramping-up Phase in High Bootstrap Current Tokamak Plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakamura, H.Tsutsui, N.Takei, H.Shirai, M.Sugihara, Y.Gribov, T.Ozeki, K.Tobita, S.Tsuji-lio, S.C.Jardin
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. SERIES 6 ページ: 196-198
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Axisymmetric MHD Simulation of ITB Crash and Following Disruption Dynamics of Tokamak Plasmas with High Bootstrap Current (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Takei, Y.Nakamura, Y.Kawano, H.Tsutsui, T.Ozeki, K.Tobita, M.Sugihara, S.Tsuji-lio, R.Shimada, S.C.Jardin
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. SERIES 6 ページ: 554-557
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Alpha Particle Loss and Neutral Beam Current Drive in Fusion Plasma with Central Current Hole (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Tobita, T.Ozeki, Y.Nakamura
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 46 ページ: S95-S105
  • 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 Behaviour 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 Phys. Control. Fusion 46 ページ: A299-A304
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Edge Safety Factor at the Onset of Plasma Disruption during VDEs in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Sugihara, V.Lukash, R.Khyarutdinov, Y.Neyatani
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 46 ページ: 1581-1589
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Numerical Simulation on Current Spike Behaviour of JT-60U Disruptive Plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Takei, Y.Nakamura, H.Tsutsui, R.Yoshino, Y.Kawano, T.Ozeki, K.Tobita, S Tsuji-lio, R.Shimada, S.C.Jardin
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 46 ページ: 1815-1830
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Properties of Internal Transport Barrier Formation in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakamoto, T.Suzuki, S.Ide, Y.Koide, H.Takenaga, Y.Kamada, T.Fujita, T.Fukuda, T.Takizuka, H.Shirai, N.Oyama, Y.Miura, the JT-60 Team, K.W.Hill, G.Rewoldt
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 44 ページ: 876-882
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Tokamak with Nearly Uniform Coil Stress Based on the Virial Theorem (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Tsutsui, K.Nakayama, T.Ito, H.Ajikawa, S.Nomura, S.Tsuji-lio, R.Shimada
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 44 ページ: 954-965
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 小特集 球状トカマクの実用炉への展望 : 低アスペクト比トカマク炉のアルファ粒子閉じ込め (2004)
  • 著者名/発表者名: 谷 啓二, 飛田建次, 西尾 敏, 飯尾俊二, 筒井広明, 青木尊之
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 80・11 ページ: 931-934
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 解説 : 最近の磁気計測事情 (2004)
  • 著者名/発表者名: 榊原悟, 栗原研一
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 80・5 ページ: 364-371
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Current Profile Behavior during Ramping-up Phase in High Bootstrap Current Tokamak Plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakamura, H.Tsutsui, N.Takei, H.Shirai, M.Sugihara, Y Gribov, T.Ozeki, K.Tobita, S.Tsuji-Iio
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. SERIES Vol. 6 ページ: 196-198
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Axisymmetric MHD Simulation of ITB Crash and Following Disruption Dynamics of Tokamak Plasmas with High Bootstrap Current (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Takei, Y.Nakamura, Y.Kawano, H.Tsutsui, T.Ozeki, K.Tobita, M.Sugihara, S.Tsuji-Iio, R.Shimada, S.C.Jardin
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. SERIES Vol. 6 ページ: 554-557
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」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 Phys. Control. Fusion 46 ページ: A299-A304
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Numerical Simulation on Current Spike Behavior of JT-60U Disruptive Plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Takei, Y.Nakamura, H.Tsutsui, R.Yoshino, Y.Kawano, T.Ozeki, K.Tobita, S Tsuji-Iio, R.Shimada, S.C.Jardin
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control.Fusion 46 ページ: 1815-1830
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Properties of Internal Transport Barrier Formation in JT-60U (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakamoto, T.Suzuki, S.Ide, Y.Koide, H.Takenaga, Y Kamada, T.Fujita, T.Fukuda, T.Takizuka, H.Shirai, N.Oyama, Y.Miura, the JT-60 Team, K.W.Hill, G.Rewoldt
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 44 ページ: 876-882
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Tokamak with Nearly Uniform Coil Stress Based on the Virial Theorem (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Tsutsui, K.Nakayama, T.Ito, H.Ajikawa, S.Nomura, S.Tsuji-Iio, R.Shimada
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 44 ページ: 954-965
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 小特集 球状トカマクの実用炉への展望 : 低アスペクト比トカマク炉のアルファ粒子閉じ込め (2004)
  • 著者名/発表者名: 谷啓二, 飛田建次, 西尾敏, 飯尾俊二, 筒井広明, 青木尊之
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 Vol. 80, No. 11 ページ: 931-934
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 解説 : 最近の磁気計測事情 (2004)
  • 著者名/発表者名: 榊原悟, 栗原研一
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 Vol. 80, No. 5 ページ: 364-371
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より