低域混成波による球状トカマクプラズマの電流駆動

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21226021
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高瀬 雄一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (70292828)
• 研究分担者: 江尻 晶 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (30249966) ; 永島 芳彦 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90390632) ; 辻井 直人 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (20707351)
• 研究期間 (年度): 2009-05-11 – 2014-03-31
• キーワード: 炉心プラズマ / プラズマ・核融合 / 球状トカマク / 高周波 / 電流駆動 / 自己組織化

研究概要

球状トカマクに不可欠なプラズマ電流を高周波波動で駆動できることを示すのが目的である。200MHzの低域混成波を用い、10kAを超えるプラズマ電流の駆動に成功した。3種類のアンテナを用いた実験結果を比較し、球状トカマク配位の自発的形成、波動計測による非線形波動現象やX線計測による高速電子の特性解明、波数スペクトルの最適化、新型アンテナの開発等、物理現象の解明に貢献する多くの成果を得た。現状では電流駆動効率は高速電子の損失により制限されているが、閉じ込め磁場やプラズマ電流の増大により大幅な効率改善が見込めることがシミュレーション計算から示された。この成果は核融合炉の経済性向上に見通しを与えた。

研究成果

• [雑誌論文] Non-inductive plasma initiation and plasma current ramp-up on the TST-2 spherical tokamak (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, A. Ejiri, H. Kakuda, T. Oosako, T. Shinya, T.Wakatsuki, T. Ambo, H. Furui, T. Hashimoto, J. Hiratsuka, H. Kasahara, K. Kato, R. Kumazawa, C.P. Moeller, T. Mutoh, A. Nakanishi, Y. Nagashima, K. Saito, T. Sakamoto, T. Seki, M. Sonehara, R. Shino, H. Togashi, O. Watanabe, T. Yamaguchi
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 53(6) ページ: 063006 (6)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/6/063006
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray Measurements during Plasma Current Start-up Experiments using the Lower Hybrid Wave on the TST-2 Spherical Tokamak (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Wakatsuki, A. Ejiri, H. Kakuda, Y. Takase, T. Ambo, H. Furui, T. Hashimoto, J. Hiratsuka, H. Kasahara, K. Kato, R. Kumazawa, Y. Nagashima, K. Saito, T. Sakamoto, T. Seki, F. Shimpo, R. Shino, T. Shinya, M. Sonehara, O. Watanabe, T. Yamaguchi, C. P. Moeller
  • 雑誌名: IEEJ Trans. FM 巻: 132(7) ページ: 485-489 (5)
  • DOI: 10.1541/ieejfms.132.485
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a plasma current ramp-up technique for spherical tokamaks by the lower hybrid wave (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, A. Ejiri, H. Kakuda, Y. Nagashima, T. Wakatsuki, O.Watanabe, P. Bonoli, O. Meneghini, S. Shiraiwa, J. Wright, C. Moeller, H. Kasahara, R. Kumazawa, T. Mutoh, K. Saito, TST-2 Group
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 51 ページ: 063017 (9)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/51/6/063017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Hydrogen and Deuterium Plasmas in ECH Start-Up Experiment in the TST-2 Spherical Tokamak (2010)
  • 著者名/発表者名: O. Watanabe, A. Ejiri, H. Kurashina, T. Ohsako, Y. Nagashima, T. Yamaguchi, T. Sakamoto, B.I. An, H. Hayashi, H. Kobayashi, K. Yamada, H. Kakuda, J. Hiratsuka, K. Hanashima, T. Wakatsuki, Y. Takase
  • 雑誌名: Plasma Fusion Res 巻: 5 ページ: S2032 (4)
  • DOI: 10.1585/pfr.5.S2032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Density Measurements of Non-inductive Start-up Plasmas in the TST-2 Spherical Tokamak (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kurashina, A. Ejiri, Y. Takase, K. Hanashima, T. Sakamoto, O. Watanabe, Y. Nagashima, T. Yamaguchi, B. I. An, H. Kobayashi, H. Hayashi, K. Yamada, H. Matsuzawa, H. Kakuda, J. Hiratsuka, T. Wakatsuki, T. Oosako
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Res 巻: 5 ページ: 024 (3)
  • DOI: 10.1585/pfr.5.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct measurements of the high harmonic fast wave profile in the UTST spherical tokamak plasma (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Wakatsuki, Y. Nagashima, T. Oosako, H. Kobayashi, B. I. An, H. Kakuda, T. Yamada, R. Imazawa, O. Watanabe, T. Yamaguchi, H. Kurashina, H. Hayashi, K. Yamada, T. Sakamoto, K. Hanashima, J. Hiratsuka, S. Kamio, R. Hihara, K. Abe, M. Sakumura, Q. Cao, M. Inomoto, Y. Ono, A. Ejiri, Y. Takase
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Res 巻: 5 ページ: 018 (3)
  • DOI: 10.1585/pfr.5.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of beat oscillation generation by coupled waves associated with parametric decay during radio frequency wave heating of a spherical tokamak plasma (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagashima, T. Oosako, Y. Takase, A. Ejiri, O. Watanabe, H. Kobayashi, Y. Adachi, H. Tojo, T. Yamaguchi, H. Kurashina, K. Yamada, B. I. An, H. Kasahara, F. Shimpo, R. Kumazawa, H. Hayashi, H. Matsuzawa, J. Hiratsuka, K. Hanashima, H. Kakuda, T. Sakamoto, T. Wakatsuki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 104(24) ページ: 245002 (4)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.245002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parametric decay instability during high harmonic fast wave heating experiments on the TST-2 spherical tokamak (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Oosako, Y. Takase, A. Ejiri, Y. Nagashima, Y. Adachi, H. Kasahara, T. Yamada, O. Watanabe, H. Tojo, S. Kainaga, J. Sugiyama, T. Yamaguchi, B. An, H. Hayashi, H. Kobayashi, H. Kurashina, H. Matsuzawa, K. Yamada, R. Kumazawa, F. Shimpo, Y. Ono, T. Masuda and M. Sasaki
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 49 ページ: 065020 (6)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/49/6/065020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-inductive plasma current start-up by EC and RF power in the TST-2 spherical tokamak (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Ejiri, Y. Takase, T. Oosako, T. Yamaguchi, Y. Adachi, O. Watanabe, Y. Nagashima, B.I. An, H. Kobayashi, H. Kurashina, H. Hayashi, H. Matsuzawa, K. Yamada, H. Tojo, T. Masuda, M. Sasaki, R. Kumazawa, H. Kasahara and F. Shimpo
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 49 ページ: 065010 (12)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/49/6/065010
  • 査読あり
• [学会発表] Key issues, results and next research of TST-2 RF-only plasma experiments (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 2nd Workshop on QUEST and Related ST RF Startup and Sustainment Plasma Research, RIAM
  • 発表場所: Kyushu Univ
  • 年月日: 20140224-26
• [学会発表] Diagnostic results and needs of flowing plasma equilibrium in TST-2 (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Ejiri, et al.
  • 学会等名: 2nd Workshop on QUEST and Related ST RF Startup and Sustainment Plasma Research
  • 発表場所: Kyushu Univ
  • 年月日: 20140224-26
• [学会発表] Overview of TST-2 experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: The Second A3 Foresight Workshop on Spherical Torus
  • 発表場所: Tsinghua University, Beijing, China
  • 年月日: 20140106-08
  • 招待講演
• [学会発表] Measurements of Lower-Hybrid Waves with an Interferometer on the TST-2 Spherical Tokamak (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tsujii, et al.
  • 学会等名: 55th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: Denver, CO, USA
  • 年月日: 20131111-15
• [学会発表] Studies of Lower-hybrid Startup Scenario on TST-2 (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tsujii, et al.
  • 学会等名: US-Japan Workshop on Physics of RF Heating of Fusion Plasmas 2013
  • 発表場所: MIT, Cambridge, MA, USA
  • 年月日: 20130924-26
• [学会発表] RF Plasma Start-up and Plasma Current Ramp-up Studies on TST-2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 17th International Spherical Torus Workshop
  • 発表場所: University of York, York, UK
  • 年月日: 20130924-26
  • 招待講演
• [学会発表] Plasma Current Start-up and Self-Formation of Toroidal Configuration in Spherical Tokamak Devices (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: Workshop on "Research on Advanced Material Systems in Joint Collaboration : RAIJIN under PIRE
  • 発表場所: Rhiga Royal Hotel, Kyoto
  • 年月日: 20130916-19
  • 招待講演
• [学会発表] Characteristics of a Novel Lower Hybrid Wave Antenna for the TST-2 Spherical Tokamak (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 20th Topical Conference on Radio Frequency Power in Plasmas
  • 発表場所: Sorrento, Italy
  • 年月日: 20130625-28
• [学会発表] Plasma Start-up by LHW on TST-2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: Workshop on RF Startup and Sustainment, RIAM
  • 発表場所: Kyushu Univ
  • 年月日: 20130226-0301
  • 招待講演
• [学会発表] TST-2 : present status and future plan (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 1^<st> A3 Foresight Workshop on Spherical Torus
  • 発表場所: Seoul National University, Korea
  • 年月日: 20130114-16
  • 招待講演
• [学会発表] Non-inductive Plasma Initiation and Plasma Current Ramp-up on the TST-2 Spherical Tokamak (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 24^<th> IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 20121008-13
• [学会発表] Plasma current ramp-up by waves in the lower hybrid frequency range on TST-2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 53rd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: Salt Lake City, UT, USA
  • 年月日: 20111114-18
• [学会発表] Equilibrium analysis of the RF start-up plasma on the TST-2 spherical tokamak device (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Ejiri, et al.
  • 学会等名: The Joint Meeting of 5th IAEA Technical Meeting on Spherical Tori & 16th International Workshop on Spherical Torus (ISTW2011) & 2011 US-Japan Workshop on ST Plasma
  • 発表場所: Toki
  • 年月日: 20110927-30
• [学会発表] Plasma Curent Start-up Experiment using Waves in the Lower Hybrid Frequency Range in TST-2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: Joint Meeting of the 19th Topical Conference on Radio Frequency Power in Plasmas and the US-Japan RF Physics Workshop
  • 発表場所: Newport, RI, USA
  • 年月日: 20110601-03
• [学会発表] Development of a Plasma Current Ramp-up Technique for Spherical Tokamaks by the Lower-Hybrid Wave (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 23rd IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 20101011-16
• [学会発表] Non-inductive Plasma Current Start-up Experiments in the TST-2 Spherical Tokamak (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Ejiri, et al.
  • 学会等名: 23rd IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 20101011-16
• [学会発表] Nonlinear phenomena of edge fluctuations in RF range during high harmonic fast wave heating experiments in the TST-2 spherical tokamak (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagashima, et al.
  • 学会等名: 2010 US-Japan RF Workshop
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 20100308-10
• [学会発表] RF Experiments on TST-2 (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: Atlanta, GA, USA
  • 年月日: 20091102-06
• [学会発表] Observation of non-locality of parametric decay during rf injection experiments on TST-2 (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagashima, et al.
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics, Atlanta
  • 発表場所: GA, USA
  • 年月日: 20091102-06
• [学会発表] RF Start-up, Heating and Current Drive Studies on TST-2 and UTST (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physic
  • 発表場所: Atlanta, GA, USA
  • 年月日: 20091102-06
  • 招待講演
• [学会発表] Equilibrium Analysis of EC-Sustained and RF-Sustained ST Plasmas (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, et al.
  • 学会等名: "The 18th Topical Conference on Radio Frequency Power in Plasmas
  • 発表場所: Gent, Belgium
  • 年月日: 20090624-26
• [図書] "Characteristics of a Novel Lower Hybrid Wave Antenna for the TST-2 Spherical Tokamak," in Radiofrequency Power in Plasmas(Proc. 20th Top. Conf., Sorrento, Italy, 2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takase, C. P. Moeller, T. Shinya, T. Wakatsuki, A. Ejiri, H. Furui, J. Hiratsuka, K. Imamura, T. Inada, H. Kakuda, K. Nakamura, A. Nakanishi, T. Oosako, M. Sonehara, H. Togashi, S. Tsuda, N. Tsujii, T. Yamaguchi
  • 総ページ数: 462-465
  • 出版者: AIP, Melville, NY, 2014
• [図書] Results of Lower Hybrid Wave Experiments Using a Dielectric Loaded Waveguide Attay Antenna on TST-2," in Radiofrequency Power in Plasmas(Proc. 20th Top. Conf., Sorrento, Italy, 2013)
  • 著者名/発表者名: T. Wakatsuki, A. Ejiri, T. Shinya, Y. Takase, H. Furui, J. Hiratsuka, K. Imamura, T. Inada, H. Kakuda, H. Kasahara, Y. Nagashima, K. Nakamura, A. Nakanishi, T. Oosako, K. Saito, T. Seki, F. Shimpo, M. Sonehara, H. Togashi, S. Tsuda, N. Tsujii, T. Yamaguchi
  • 総ページ数: 422-425
  • 出版者: AIP, Melville, NY, 2014
• [備考] [1]球状トカマク研究の進展 -核融合エネルギー開発に向けて-プラズマ・核融合学会誌(小特集)T. Maekawa, Y. Takase, K. Hanada, N. Yoshida, M. Nagata, Y. Ono, M. Inomoto, Y. Nagashima, Y. Nagayama, J. Plasma Fusion Res. 88 (12), 706-760 (2012).
• [備考] [2]週刊エネルギー通信第1206号 平成23年12月23日(エンジニアリングニュース社)pp. 15-17ST トカマク進展 LH 波で電流駆動
• [備考] [3]第50回プラズマ若手夏の学校 2011年8月8日-11日プラズマ・核融合学会 プラズマ若手グループ(2011.8)プラズマ核融合学会球状トカマク(ST)pp.143-152
• [備考] 東京大学柏キャンパス一般公開で研究内容を紹介。参加者約2000名。2013年10月25-26日,2012年10月26-27日,2011年10月21-22日,2010年10月29-30日,2009年10月30-31日
• [備考] 前橋高校学生に研究を紹介。2010年11月11日。参加者50名。
• [備考] 柏市市民団体に研究を紹介。2009年7月13日。参加者26名。
• [備考]
  • URL: http://fusion.k.u-tokyo.ac.jp/research/kakenhi_h21.html