高圧力プラズマにおける磁気流体不安定性安定化と3次元効果の研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25420900
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 武智 学 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 トカマクシステム技術開発部, 主幹研究員(定常) (40370423)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 核融合プラズマ / 磁気流体不安定性 / 磁気面形状 / ３次元 / トカマク / RFP / ヘリカル

研究実績の概要

核融合炉の定常化及び高効率化には、磁気流体不安定性の一種である抵抗性壁モード (RWM)の安定化が必須であり、JT-60SAでは制御コイルを用いて安定化する予定である。しかしながら、コイルの面積は小さく、またコイル数も少数にとどまるため、これまでに、この問題に関連する実験をRFXのトカマク放電で行っている。この結果、制御コイル192個のうち６個のコイルまで減らしても制御対象のRWMを安定化出来ることを確認した。 しかしながら、実効的なコイル面積が小さいことによる側帯波の励起によって、磁気面が3次元的な変形を受けてプラズマの性能が著しく低下し、プラズマ消滅に至ることがあることが明らかとなった。JT-60SAにおいても、高ベータ運転を行うためにはプラズマと壁の距離を小さくする必要があるため、３次元的な変形によりプラズマが壁に接触する恐れがある。一方、これまでヘリカル装置にのみ適用されていた3次元MHD平衡解析コードが整備され、トカマク配位に対して適用されつつある。本年度は、トカマクプラズマにおける外部磁場によって生じる3次元効果を、3次元MHD平衡解析コードを用いることによって解析可能であるところに着目し、RFX-modで様々な制御コイル配位で行ったトカマクプラズマに対して特に最外殻磁気面に注目して解析を行うこととした。
観測されるMHD不安定性等から電流分布の予想を行い、これを用いて輸送解析コードにて放電開始から終了までのシミュレーションを行うことにより、電流分布と圧力分布を得た。これらとコイルの電流の情報、プラズマ中の単位電流あたりの磁場の分布を入れることにより、3次元MHD平衡解析コードVMECの計算を行った。RWM補正コイルの電流を変えることによって、トカマクプラズマの３次元的な平衡が得られ、最外殻磁気面の形状が有為に変化することを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Securing High βN JT-60SA Operational Space by MHD Stability and Active Control Modelling (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Bolzonella, P. Bettini, L. Figini, S.C. Guo, Y.Q. Liu, G. Marchiori, Go Matsunaga, S. Mastrostefano, S. Nowak, L. Pigatto, O. Sauter, Manabu Takechi, F. Villone, X. Xu, Nobuyuki Aiba, J. Garcia, L. Garzotti, Nobuhiko Hayashi, Ph. Lauber, M. Romanelli , Junya Shiraishi, C. Sozzi
  • 雑誌名: Proceedings of 26th IAEA Fusion Energy Conference, 2017-03 巻: 2017-03 ページ: -
  • 国際共著
• [学会発表] Active control/stabilization of locked mode in tokamaks at high magnetic Reynolds number (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上 静雄, 白石 淳也, 松永 剛, 武智 学, 諫山 明彦, 井手 俊介
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy , International Atomic Energy Agency
  • 発表場所: ICC Kyoto, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • 国際学会
• [学会発表] Securing High βN JT-60SA Operational Space by MHD Stability and Active Control Modelling (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Bolzonella, P. Bettini, L. Figini, S.C. Guo, Y.Q. Liu, G. Marchiori, Go Matsunaga, S. Mastrostefano, S. Nowak, L. Pigatto, O. Sauter, Manabu Takechi, F. Villone, X. Xu, Nobuyuki Aiba, J. Garcia, L. Garzotti, Nobuhiko Hayashi, Ph. Lauber, M. Romanelli , Junya Shiraishi, C. Sozzi
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy , International Atomic Energy Agency
  • 発表場所: ICC Kyoto, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • 国際学会
• [学会発表] Progress of the magnetic sensors development for JT-60SA (2016)
  • 著者名/発表者名: Manabu Takechi, Go Matsunaga, Shinji Sakurai, Tadayuki Sasajima, Jiyunichi Yagiyuu, Yoichi Kawamata, Kenichi Kurihara
  • 学会等名: 29th edition of the Symposium on Fusion Technology (SOFT 2016)
  • 発表場所: Prague Congress Centre, Prague, Czech
  • 年月日: 2016-09-05 – 2016-09-09
  • 国際学会