超高空間分解能周辺電流分布測定によるトカマクプラズマの境界構造の解明

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17106013
• 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: 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)
• 研究分担者: 神谷 健作 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 (60360426) ; 小島 有志 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, 博士研究員 (50446449) ; 井口 春和 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (40115522) ; 大山 直幸 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 (80354596) ; 鈴木 隆博 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 (60354594)
• キーワード: 境界輸送障壁 / 電流分布測定 / 診断用リチウムビーム / ゼーマン偏光分光 / ELMs

研究概要

本研究では、診断用リチウムビームを用いたゼーマン偏光分光システムを開発し、JT-60の境界輸送障壁形成部の詳細な電流分布形状を測定し境界輸送障壁の構造を明らかにすることを目的とする。必要とされる長距離ビーム輸送及びゼーマン偏光成分の高時間空間分解計測を同時に達成するには、大口径(50mm)のイオン源を有し、高輝度、低発散のビームを生成する高性能イオン銃(目標値:ビームエネルギー10-30keV、ビーム電流10mA、発散角0.13度)の開発が必須である。平成18年度は、実際の計測配位を模擬するテストスタンドを完成して、以下の開発を進めた。
1.高輝度イオン源の開発:イオン源表面温度を計測しつつビーム引き出しの調整を行った。βユークリプタイト(リチウムアルミノシリケート)を効率的に加熱する(摂氏1100度程度)ことで目標のビーム電流10mA(世界最高クラス)の引き出しに成功し、高輝度ビーム開発への見通しを得た。さらに、長寿命化のため、ヒーターに代わって高パワー(5kW)の電子ビームで加熱するイオン源を設計・製作した。
2.低発散イオン銃の開発:空間電荷効果を考慮した軌道計算を詳細に実施して、電極形状等を最適化し、高輝度低発散(6.5m先までのビーム輸送効率50%)の新型イオン銃を設計・製作した。
3.ゼーマン偏光分光計測部の開発:入射光学系は、20点の観測点を有し、1観測点あたりコア径1mmの光ファイバー4本をトロイダル方向に並べて使用する。結像倍率及び結像位置を最適化し、高い空間分解能(外側赤道面における磁気面間距離で1cm)を達成できる光学系を設計・製作した。
4.境界輸送障壁とELMsに関する物理研究の進展:小振幅ELMsの発生機構に関して実験研究を進め、特にプラズマ回転、高速イオン損失および配位等の効果を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Roles of Toroidal Rotation at the Plasma Edge, Toroidal Field Ripple and Configuration on ELMs in the JT-60U Tokamak (2007)
  • 著者名/発表者名: 神谷 健作
  • 雑誌名: Plasma Fusion Res. 2 ページ: 005-1-005-005-10
• [雑誌論文] ELM frequency dependence on toroidal rotation in the grassy ELM regime in JT-60U (2007)
  • 著者名/発表者名: 大山 直幸
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 49 ページ: 249-259
• [雑誌論文] JT-60におけるリチウムビームを用いたゼーマン偏光計測計画 (2006)
  • 著者名/発表者名: 藤田 隆明
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会第23回年会予稿集 ページ: 287
• [雑誌論文] JT-60におけるゼーマン偏光計測のための高輝度リチウムイオン銃の開発 (2006)
  • 著者名/発表者名: 小島 有志
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会第23回年会予稿集 ページ: 287
• [雑誌論文] Numerical Simulation of a High-Brightness Lithium Ion Gun for a Zeeman Polarimetry on JT-60U (2006)
  • 著者名/発表者名: 小島 有志
  • 雑誌名: 16th International Toki Conference予稿集 ページ: 125
• [雑誌論文] Density fluctuation measurement using motional Stark effect optics in JT-60U (2006)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 隆博
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 77 ページ: 10E914-1-10E914-4