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2014 年度 実績報告書

ガウスビームを用いた第1伝播帯EB波によるオーバーデンス球状トカマクの無誘導形成

研究課題

研究課題/領域番号 26249142
研究機関京都大学

研究代表者

田中 仁  京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90183863)

研究分担者 前川 孝  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (20127137)
打田 正樹  京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (90322164)
研究期間 (年度) 2014-06-27 – 2017-03-31
キーワードECH/ECCD / 電子バーンスタイン波加熱・電流駆動 / モード変換 / 無誘導形成 / オーバーデンスプラズマ
研究実績の概要

5GHz クライストロンでの実験準備:
高電力下での電子バーンスタイン(EB)波へのモード変換を調べるために、5GHz, ~200kW クライストロンを動作させるべく、高圧電源を点検・修理し、高圧電源が正常に稼働するように整備した。そして、ダミーロード負荷においてクライストロン発振試験を行い、コンディショニングの結果 ~100 kW レベルでの発振を確認した。今後、さらにコンディショニングを行なう事により、~200kW レベルの発振が可能と考えられる。

2.45GHz, ~80kW マグネトロンでの実験:
高電力下での EB 波加熱・電流駆動実験を行なう予備実験として、4 本のマグネトロンを用い、2.45 GHz, ~80kW 入射にて ~12kA のプラズマ電流を無誘導で立ち上げる事ができた。この時、EB 波の第1伝播帯への励起によって遮断密度の 7 倍に達する平均電子密度を得ることができた。また、高速CCDカメラによるホットスポットの観測、Mo リミターでの熱流分布測定、高密度時の最外殻磁気面からのプラズマ噴出現象の観測、垂直磁場分布制御によるプラズマ電流分布制御の実験を行ない、来る 5GHz クライストロンでの実験の基礎データを収集した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1) 最大の懸案事項は購入後 30年を経た 5GHz クライストロン用高圧電源の動作であったが、点検・修理を行なって整備した結果、65kV, 11.3A, 80ms の動作を確認した。7年前に最後に確認した時は、65kV, 7A, 70ms であったので、大幅に改善された。目標の 65kV, 10A, 100ms での発振にめどがついた。
(2) ダミーロード負荷においてクライストロン発振試験を行い、コンディショニングの結果 ~100 kW レベルでの発振を確認した。現在さらにコンディショニングを行なっており、順調にいけば目標の ~200kW レベルの発振は可能であると考えられる。
(3) O-X-B スキームで EB 波へのモード変換効率を高めるために、5GHz の左回り円偏波器を作成し、コールドテストで放射パターンを測定し、左回り円偏波が得られることを確認した。そして、
円筒導波管タイプのランチャー、セラミック製真空窓を LATE 装置に取り付け、左回り円偏波器と接続して入射システムを構築した。
(4) 5GHz での実験のための予備実験として、2.45GHz, 20kW のマグネトロンを 4 本用い、合計 80kW のマイクロ波電力を入射して無誘導球状トカマクプラズマ形成を行なった。EB 波を第1伝播帯に励起するような磁場配位の時のみ遮断密度の 7 倍に達する平均電子密度を得ることができ、第2伝播帯に励起するような磁場配位では遮断密度の 2.5 倍程度にしかならないことが示された。
(5) 高速CCDカメラによるホットスポットの観測、Mo リミターでの熱流分布測定、高密度時の最外殻磁気面からのプラズマ噴出現象の観測、垂直磁場分布制御によるプラズマ電流分布制御の実験を行ない、5GHz での実験の基礎データを収集した。

今後の研究の推進方策

(1) まずはトロイダル磁場が弱く、EB 波が第2伝播帯に励起するような磁場配位で 5 GHz, ~200kW レベルのマイクロ波を入射して球状トカマクの無誘導立ち上げ実験を行う。2.45 GHz 実験との比較を行なう。特に、高電力下で起こると考えられるパラメトリック不安定性( PI )についてプローブで検出した信号の周波数解析を行なって詳細に調べる。
(2) トロイダル磁場を強くすると電磁力によってコイル支持台および真空容器に振動が加わるので、支持台の補強を行なって、安全に運転できるようにする。そうして、EB 波が第1伝播帯に励起するような強い磁場配位で 5 GHz マイクロ波による球状トカマク無誘導立ち上げ実験を行う。遮断密度の ~10 倍に達するような高密度プラズマが得られるかどうか調べる。
(3) EB 波へのモード変換効率は高域混成共鳴層での密度勾配長に大きく依存する。多チャンネルミリ波干渉計により密度勾配を推定し、スラブ配位での共鳴吸収モデルによりモード変換効率を求め、PI 励起との因果関係を吟味する。
(4) 高電力入射時の損失高速電子の影響を調べるために、X線カメラや高速電子コレクターを準備し、計測を行なう。また、リミターへの損失高速電子のもたらす熱流を計測し、これらの実験結果から損失高速電子の発生モデルを検討する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Non inductive formation of an extremely overdense spherical Tokamak by electron Bernstein wave heating and current drive on LATE2015

    • 著者名/発表者名
      M.Uchidaa, Y.Noguchi, H.Tanaka, T.Maekawa
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 87 ページ: 02006

    • DOI

      10.1051/epjconf/20158702006

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of intermittent plasma ejection from a highly overdense spherical tokamak plasma maintained by electron Bernstein wave heating and current drive in LATE2014

    • 著者名/発表者名
      H.Tanaka, M.Uchida, T.Maekawa, K.Kuroda, C.Ikeda, T.Shigemura, K.Nagao, M.Wada
    • 雑誌名

      Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference

      巻: IAEA CN-221 ページ: EX/P74-1

    • 査読あり
  • [学会発表] 重イオンビームプローブによる LATE マイクロ波球状トーラスの静電ポテンシャル分布計測2014

    • 著者名/発表者名
      田中仁, 吉田篤史, 本多大輝, 打田正樹, 前川孝, 井口春和
    • 学会等名
      Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟市、新潟県
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] LATE マイクロ波球状トーラスにおける最外殻磁気面からの噴出現象の観測2014

    • 著者名/発表者名
      永尾剣一、田中仁、打田正樹、野澤嘉孝、黒田賢剛、和田真門、吉田篤史、前川孝
    • 学会等名
      Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟市、新潟県
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] LATEにおける電子バーンスタイン波加熱・電流駆動によるマイクロ波球状トーラスの形成2014

    • 著者名/発表者名
      打田正樹, 野澤嘉孝, 吉田篤史, 永尾剣一, 和田真門, 黒田賢剛, 田中仁, 前川孝
    • 学会等名
      Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟市、新潟県
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] Noninductive formation of extremely overdense Spherical Tokamak plasma by electron Bernstein wave heating and current drive on LATE2014

    • 著者名/発表者名
      M.Uchida, H.Tanaka, T.Maekawa
    • 学会等名
      The 24th International Toki Conference (ITC-24) on "Expanding Horizons of Plasma and Fusion Science through Cross-Fertilization"
    • 発表場所
      Ceratopia Toki, Toki-city, Gifu, Japan
    • 年月日
      2014-11-04 – 2014-11-07
  • [学会発表] Recent Progress in Non-inductive Formation of Spherical Torus by Electron Bernstein Wave Heating and Current Drive on LATE2014

    • 著者名/発表者名
      H.Tanaka, M.Uchida, T.Maekawa, K.Kuroda, K.Nagao, M.Wada, Y.Nozawa, A.Yoshida
    • 学会等名
      US-Japan Workshop on RF Heating Physics - Experiments and theory on RF Heating and Current Drive
    • 発表場所
      Rakuyu-Kaikan, Kyoto University, Kyoto Japan
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-19
    • 招待講演
  • [備考] エネルギー科学研究科 プラズマ物性物理学

    • URL

      http://plasma47.energy.kyoto-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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