核融合プラズマにおける燃料供給分布と境界構造形成の関係

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17360447
• 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: 竹永 秀信 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 (60354601)
• 研究分担者: 鎌田 裕 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 (30354567) ; 波多江 仰紀 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 (10343914) ; 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) ; 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) ; 浦野 創 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 (70391258)
• キーワード: プラズマ・核融合 / 自己形成型構造 / 周辺ペデスタル / 燃焼プラズマ制御 / 燃料供給分布 / ガスジェット装置 / ガスパフ装置 / ペレット入射装置

研究概要

本研究課題は、燃料供給分布と核融合プラズマの境界に自己形成される「周辺ペデスタル」の空間構造(空間的広がりと勾配)の関係について明らかにするものである。燃料供給という外部擾乱がどのような物埋機構を介して自己形成型構造に影響を与えるかを解明することは、燃焼プラズマの制御にとって重要である。
上記研究を行うため、超音速ガスをプラズマに噴射するガスジェット装置をJT-60に設置した。これまでは、プラズマに燃料ガスを吹きかけるガスパフ装置と燃料を氷状にしてプラズマに入射するペレット入射装置を用いて燃料を供給してきた。前者は周辺ペデスタルより外側の開いた磁力線領域に燃料供給分布が局在し、後者は周辺ペデスタルより内側に局在する。ガスジェット装置は両者の中間的な燃料供給分布を持つために、より詳細に燃料供給分布を変化させることが可能となり、新たな研究領域を開拓することができる。JT-60へのガスジェット装置の設置に関しては、カダラッシュ研究所(フランス)との協力のもと、中型トカマク装置Tore Supraで開発されたものを用いた。同装置は、短パルス(2ms)の超音速ガス(2.2km/s、マッハ数4)を、10Hz程度以下で噴射することが可能である。1パルス当たりの噴射ガス量は1Pam3程度以下である。設置完了後、入射試験を行い、正常に動作することを確認した。
周辺ペデスタルより外側の開いた磁力線領域に局在した燃料供給分布での周辺ペデスタル構造を調べた。トロイダル磁場リップルに起因した高速イオンの損失が大きいほど、ペデスタル頂上でのプラズマ圧力が減少することを明らかにした。高速イオンの損失に起因した電場の生成、及び生成された電場によるプラズマ回転に関係していると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Impact of the Edge Pedestal Characteristics on the Integrated Performance in Advanced Tokamak Operation Modes on JT-60U (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kamada
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 48,5A ページ: A419
• [雑誌論文] Roles of plasma rotation and toroidal field ripple on H-mode (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Urano
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 48,5A ページ: A193
• [雑誌論文] JT-60Uにおける周辺部輸送障壁ダイナミックスの研究 (2005)
  • 著者名/発表者名: 大山直幸
  • 雑誌名: 日本物理学会講演概要集 第60巻第2号第2分冊 ページ: 109
• [雑誌論文] JFT-2MのHRS Hモード及びJT-60のQHモードにおける周辺揺動 (2005)
  • 著者名/発表者名: 神谷健作
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会 第22回年会予稿集 ページ: 21
• [雑誌論文] JT-60UのHモード周辺プラズマに対するプラズマ回転とリップル損失の影響 (2005)
  • 著者名/発表者名: 浦野創
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会 第22回年会予稿集 ページ: 118