2018 Fiscal Year Annual Research Report

Development for new ELM control method using edge plasma fluctuation

Research Project

Project/Area Number	15K06657
Research Institution	National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
Principal Investigator	神谷健作国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (60360426)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords	Hモード / ペデスタル / 径電場
Outline of Annual Research Achievements	国際熱核融合実験炉ITER（及びそれ以降のDEMO炉）の標準運転シナリオにも採用されている閉じ込め改善モード（Hモード）では、プラズマ周辺部に輸送障壁が形成されることで高いプラズマ性能が得られる。これまでの研究により、プラズマ周辺部に自発的に発生する径電場によって通常モード（Lモード）の輸送特性を支配する乱流揺動が抑制されると考えられてきたが、揺動が抑制される物理機構については完全に解明されて無い部分もあり、物理解明に基づく将来の炉心プラズマの性能予測の向上が期待されている。本研究では、JT-60U における高分解能での周辺径電場計測結果を基に、イオン及び電子の熱輸送と粒子輸送のそれぞれに対する径電場構造の非一様性効果を理論モデルに基づいて比較検証した。特に、JT-60U装置において固有な時間スケールの長いイオン系の熱輸送の改善が顕著な閉じ込め改善状態について、多スケールの乱流輸送状態に対する径電場のシアー、及び曲率の効果の影響を無次元パラメータを用いてスケールした結果、イオン及び電子の熱輸送と粒子輸送のそれぞれに影響する複数の乱流揺動の存在が示唆された。さらに、径電流を実験的に評価し理論モデルと比較検証した結果、高速イオンに起因する径電流はLモードのグローバル構造と矛盾しないが、実験値と比べて１～２桁小さく、かつ井戸型の径電場を形成する局所ピークする径電流構造を持たず、タイムスケールも異なることから径電場の遷移を引き起こす駆動力としては不十分であることが分かった。また、Hモードで観測される負電場構造の形成には、NBIによる追加熱・粒子補給による圧力勾配、あるいは乱流起因による駆動機構が示唆され、ペデスタル制御法を開発する上で重要な知見が得られた。本研究結果は、印国で開催された第２７回IAEA核融合エネルギー会議及びプラズマ核融合学会でポスター発表を実施した。