PowerPoint Presentation

Size: px

Start display at page:

Download "PowerPoint Presentation"

みいかちゅうか
5 years ago
Views:

GAMMA10 における加熱 ICRF 波動と AIC 波動に関する研究池添竜也, 市村真,

1 GAMMA10 における加熱 ICRF 波動と AIC 波動に関する研究池添竜也, 市村真, 他福山淳熊沢隆平, 他筑波大京大 NIFS 平成 23 年度合同研究会筑波大学プラズマ研究センターシンポジュームプラズマ物理クラスタースクレープオフ層とダイバータ物理サブクラスター ( 第 1 回会合 ) 炉工学クラスターブランケットサブクラスター ( 第 2 回会合 ) 双方向型共同研究会合ガンマ 10 装置における炉壁材料の損耗再堆積の研究とそのダイバータ開発戦略における位置づけ平成 23 年 7 月つくばサイエンスインフォメーションセンター

はじめに他のダイバータ模擬実験装置と比較した場合の GAMMA10 の特徴として, 1.

2 はじめに他のダイバータ模擬実験装置と比較した場合の GAMMA10 の特徴として, 1. ICRF 加熱を用いたプラズマの生成加熱 2. タンデムミラーによる高エネルギーイオン ( Ti > kev) の閉じ込めが挙げられる. 今後実施される本格的なダイバータ模擬実験において,GAMMA10 の特徴を活かすために,ICRF 加熱を用いてプラズマパラメータを広い範囲で制御できることが重要. A-divertor 計画では, 片側のアンカー部 ( 極小磁場配位 ) が置換されることにより,MHD 安定性が务化する. 高い加熱の自由度残るアンカー部の加熱増強により補う必要がある.

高い加熱の自由度検証のための実験 GAMMA10 の ICRF 加熱システム Double Half Turn (DHT) アンテナ

3( 西 ) MHz) プラズマ生成 & アンカー加熱ダイバータ模擬実験で必要とされる加熱の制御性を獲得するために,

3 高い加熱の自由度検証のための実験 GAMMA10 の ICRF 加熱システム Double Half Turn (DHT) アンテナ : RF2 system ( 遅波, 6.36 MHz) セントラルイオン加熱西 Bar-type アンテナ : RF3 system アンカー加熱東 Nagoya Type-III antennas : RF1 system ( 速波, 9.9( 東 ), 10.3( 西 ) MHz) プラズマ生成 & アンカー加熱ダイバータ模擬実験で必要とされる加熱の制御性を獲得するために, 以下の実験を進行させている. 1. 二つのアンテナ ( 東 Bar-type & 東 Type-Ⅲ) を用いた位相制御によるICRF 加熱の制御 2. 3 次元波動解析コードを用いたアンカー部アンテナの最適化 3. エネルギー輸送に大きな影響を及ぼす自発励起波動 (AIC 波動 ) の研究

4 Part 1 二つのアンテナ ( 東 Bar-type & 東 Type-Ⅲ) を用いた位相制御による ICRF 加熱の制御

5 位相制御がグローバルパラメータに与える顕著な効果セントラル部における nl, DM, SX 信号反磁性量 (10-5 Wb) 線密度 (10 13 cm -2 ) 電子密度 (10 12 cm -3 ) SX 強度上昇 with RF3 w/o RF3 コア部の密度が上昇この位相では, 端損失粒子束が顕著に増加する. 120 ms より RF3 を重畳位相差の違いにより, 顕著な差異が観測された.

6 東側 ICRF システムのみによるプラズマ生成片アンカー配位の予備実験西側 RF1 なし, つまり西側 RF1 によるプラズマ生成西側アンカー加熱による MHD 安定性が期待できない状態でプラズマ生成を試みた. 位相制御を利用した加熱により, 模擬的片アンカー配位において初めて高いプラズマパラメータの達成に成功した. (DMcc は通常の約 8 割,nlcc は通常と同じ )

7 Part 2 3 次元波動解析コードを用いたアンカー部アンテナの最適化

8 アンカー部アンテナの波動励起効率の改善京大福山先生との双方向型共同研究により,TASK/WF コード (3 次元波動解析 ) を用いて, アンカー部アンテナの波動励起効率を計算した. 従来の Bar-type アンテナの波動励起効率は極めて低いことが判明. 春の大気解放時に新アンテナ (DHT) を設置した.( 東側 ) 1. z 方向位置を共鳴層側へ数 cm 移動. 効率 2 倍以上 2. アンテナ形状をプラズマ形状に沿わす. 計算中 3. アンテナをプラズマを挟むように設置. 計算中

9 新アンテナを用いた ICRF 加熱によるプラズマパラメータの向上本年の総合運転試験期間に, 新アンテナを用いた加熱実験を試みた. RF3 システムにより 9.7MHz の高周波電流を駆動. うまく整合できた放電を数ショット得た.( 加熱電力 :~35kW) 6 # Central Cell East anchor Cell 東アンカー部 DM RF Time[msec] 従来のアンテナよりも明瞭な加熱効果 ( 特に東アンカー部反磁性量の増加 ) が得られた. アンテナのエイジング, プラズマのコンディショニングが進むにつれて, さらなるプラズマパラメータの向上が期待される. 次期実験で新アンテナの効果を調べる.

10 Part 3 エネルギー輸送に大きな影響を及ぼす自発励起波動 (AIC 波動 ) の研究

GAMMA10 における AIC 波動の自発励起プラズマ圧力とその非等方性を自由エネルギー源とする

セントラルにおいて自発的に励起されるイオン温度 : 数 kev >> 電子温度 :<100eV

Collisions T i T i AIC 波動の自発励起 Pitch angle scattering

8 Frequency [MHz] End Loss (+Additional Loss)

11 GAMMA10 における AIC 波動の自発励起プラズマ圧力とその非等方性を自由エネルギー源とする ICRF 波動, アルベンイオンサイクロトロン (AIC) 波動, が GAMMA10 セントラルにおいて自発的に励起されるイオン温度 : 数 kev >> 電子温度 :<100eV 温度非等方度 :T /T >10 Energy flow P RF 非等方度と β 値の上昇 Collisions T i T i AIC 波動の自発励起 Pitch angle scattering by AIC mode 10 3 AIC waves applied ICRF Frequency [MHz] End Loss (+Additional Loss) 古典的衝突以外の効果 (AIC 波動によるピッチ角散乱 ) により温度非等方度の緩和, 高エネルギーイオンの損失増大がもたらされる. その性質を知ることが端損失の正確な理解に重要.

12 内部領域における AIC 波動の計測詳細な空間構造を調べるには, プラズマ内部における計測が重要. マイクロ波反射計を用いることにより, カットオフ層近傍における AIC 波動に起因する密度揺動を計測することができる. 径方向の情報入射周波数を変える軸方向の情報異なる軸方向位置にアンテナを設置する O-mode Horn antenna X-mode Horn antenna array

Frequency (MHz) Frequency (MHz) Frequency (MHz) AIC 周波数帯の内部密度揺動と周辺磁場揺動との相関反射計で計測した内部密度揺動 5.9 5.8 5.7 5.6 f=10ghz r/a ~ 0.5 0.06 0.08 0.10 Time (s) 0.12 0.14 5.9 5.8 5.7 5.6 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Coherence 1.

13 Frequency (MHz) Frequency (MHz) Frequency (MHz) AIC 周波数帯の内部密度揺動と周辺磁場揺動との相関反射計で計測した内部密度揺動 f=10ghz r/a ~ Time (s) Coherence 1.0 磁気プローブで計測した周辺磁場揺動 Time Time (ms) (s) Time (ms) (s) 反射計を用いて AIC に起因する密度揺動の計測に成功した. AIC のピーク周波数において, 周辺磁場揺動との間に強い相関が得られた.

14 Phase difference (rad) Phase difference (rad) Phase difference (rad) Frequency (MHz) AIC 波動の径方向空間構造の時間発展異なる時間帯における内部密度揺動と周辺磁場揺動との間の位相差の径方向分布 (AIC 波動の複数のピーク周波数成分に対して ) 励起直後 Time (ms) 150 ~ 定常状態 AIC のピーク周波数 core Incident frequency (GHz) 8 edge Incident frequency (GHz) 複数のピークは励起直後ピーク毎に異なる位相差の径方向分布を有するが定常状態ではそれらの位相差が揃い径方向に同じ構造を持つ. 複数の AIC 波動は径方向には同じ境界条件で決まる同一の固有モードとして成長することを示唆 Incident frequency (GHz) 8

15 まとめダイバータ模擬実験で必要とされる高い加熱の自由度を獲得するために, 下記の実験を実施した. Part 1. 二つのアンテナ ( 東 Bar-type & 東 Type-Ⅲ) を用いた位相制御による ICRF 加熱の制御以下の可能性が見出された. ; 高効率なアンカー加熱, 中心密度の上昇, 電子加熱の新しいノード. これらの機構を明らかにするために, 今後セントラル以外の場所における計測器の拡充を行う. 東側の ICRF 加熱システムのみを用いた, 通常運転に近いプラズマパラメータの達成. Part 2. 3 次元波動解析コード (TASK/WF) を用いたアンカー部アンテナの最適化計算結果を反映させてアンテナの改造を行い, アンテナの波動励起効率の上昇を示唆する初期結果を得た. 次期実験で, 新アンテナを用いてプラズマパラメータの向上を目指す. Part 3. エネルギー輸送に大きな影響を及ぼす自発励起波動 (AIC 波動 ) の研究マイクロ波反射計を組立て, プラズマ内部における AIC 波動に起因する密度揺動を計測し, その空間構造を調べた. 同時計測した周辺部磁場揺動との間の位相差を評価することにより, 複数励起される AIC 波動のブランチは励起直後は径方向に異なる構造を持つが, 定常状態では同じ構造を持つ ( 同じ固有モードとして励起 ) ことが判明した. 軸方向に異なる位置での計測を行い,AIC 波動の時空間発展を明らかにする.

i /Ω ci 1 0.04 0.8 0.03 ω r /Ω ci stable (Real part) ω unstable (Imaginary part) AIC 分散関係 0.6 0.4 0.2 0.

16 i /Ω ci ω r /Ω ci stable (Real part) ω unstable (Imaginary part) AIC 分散関係 T /T =10, β = T /T =15, β = T /T =10, β = ck /Ω pi -0.01

…v…›…Y…}−jŠZ“⁄−w›ï”‘‡W„”†y‡W‡T†|‡W†z†^ﬁÁŁÊ−ñ“e

…v…›…Y…}−jŠZ“⁄−w›ï”‘‡W„”†y‡W‡T†|‡W†z†^ﬁÁŁÊ−ñ“e H.J.Bhabha Geneva http://www.nifs.ac.jp/archives/final. pdf ageneva,1958 b ZETA[Harwell]C.M.Braams & P.E.Stott c Model-B3[Princeton]Reproduced from presentation file by Prof. F.Waelbroeck at 25th JET Anniversary,