カットオフ密度を超えた電子サイクロトロン共鳴加熱に関する研究

超截止密度电子回旋共振加热研究

• 批准号: 11780355
• 负责人: 長崎 百伸
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11780355/
• 关键词: 電子サイクロトロン共鳴加熱; 電子バーンシュタイン波; カットオフ; モード変換

電子サイクロトロン共鳴加熱(ECH)は磁場閉じ込め核融合において有効なプラズマ生成・加熱方法であり、MHD不安定性の抑制・非誘導電流駆動・熱輸送の解析等にも用いられている。ECHには通常、一回吸収率の良さからO-mode、X-modeといった電磁波モードが選択されてきたが、これらのモードにはカットオフと呼ばれる密度上限があるため、カットオフ密度を越えたプラズマでのECHの適用を阻んできた。この問題を克服し、より高い密度へのアクセスを可能とする手段の一つとして電磁波から静電波へのモード変換が考えられる。電子バーンシュタイン波には伝搬に密度上限がなく、また、電子サイクロトロン共鳴層にてほぼ100%吸収されるという長所を有している。O-X-B加熱はプラズマ加熱の密度領域を格段に広げるものとして期待できる。本研究の主目的は、O-X-B加熱を用いたカットオフ密度を超えるプラズマでの電子サイクロトロン加熱に実験的及び理論的に調べることである。今年度研究成果としては、1.ヘリオトロンJでの電子サイクロトロン共鳴加熱実験において、プラズマ中心領域に電磁波の共鳴層が存在せず、周辺領域(r/a>0.8)にのみ基本波共鳴層が存在する条件下において、第2高調波中心加熱と同程度の有効なプラズ加熱による蓄積エネルギーの増加が観測された。プラズマ中心に直接的にECHパワーが吸収されていることを示唆するデータがラジオメータを用いた電子温度分布計測により得られており、高域混成層でのX-B変換によるプラズマ加熱により説明できるものと考えている。2.O-X-Bモード変換による電磁波および静電波のプラズマ中での伝搬を理論的に調べるために幾何光学近似を用いたレイトレーシングコードを開発を進め、ヘリカル型装置LHDでの波の伝搬について解析を行った。その結果、パワー吸収位置は電子密度・磁場強度に対する依存性はあるものの電子温度に対する依存性は弱く、外部からの制御によりパワー吸収分布制御が可能であることがわかった。

Electronic サ イ ク ロ ト ロ ン resonance heating (ECH) は closed magnetic field じ 込 め nuclear fusion に お い て have sharper な プ ラ ズ マ generation, heating method で あ り, MHD instability の inhibition, the induced current 駆, resolution of heat transmission の に も with い ら れ て い る. ECH に は の 収 absorption rate, time usually good さ か ら O - mode, X - mode と い っ た electromagnetic モ ー ド が sentaku さ れ て き た が, こ れ ら の モ ー ド に は カ ッ ト オ フ と shout ば れ る density limit が あ る た め, カ ッ ト オ フ density を more え た プ ラ ズ マ で の ECH の applicable を resistance ん で き た. こ の を overcome し, よ り い high density へ の ア ク セ ス を may と す の る means a つ と し て electromagnetic か ら electrostatic wave へ の モ ー ド variations in が exam え ら れ る. Electronic バ ー ン シ ュ タ イ ン wave に は 伝 move に density limit が な く, ま た, electronic サ イ ク ロ ト ロ ン resonance layer に て ほ ぼ 100% smoked 収 さ れ る と い う that long を し て い る. O-X-B heating プラズ プラズ heating <s:1> density domain を grid segment に broad げる <s:1> と と て て expectation で る る る は の main purpose this study, O - X - B heating を い た カ ッ ト オ フ density を super え る プ ラ ズ マ で の electronic サ イ ク ロ ト ロ ン heating に be 験 and び theory に adjustable べ る こ と で あ る. Our research results と し て は, 1. ヘ リ オ ト ロ ン J で の electronic サ イ ク ロ ト ロ ン resonance heating be 験 に お い て, プ ラ ズ マ に の electromagnetic wave resonance center field せ が exist ず, zhou 辺 areas (r/a > 0.8) に の み basic wave resonance す が exist under the condition of る に お い て high-profile central heating, 2 と have sharper with degree の な プ ラ ズ Heating による accumulation エネ ギ ギ ギ <s:1> <s:1> <s:1> increase が観 measurement された. プ ラ ズ マ center に direct に ECH パ ワ ー が suction 収 さ れ て い る こ と を in stopping す る デ ー タ が ラ ジ オ メ ー タ を with い た electronic temperature measuring に よ り have ら れ て お り composite layer, high domain で の X - B - in に よ る プ ラ ズ マ heating に よ り illustrate で き る も の と exam え て い る. 2. O - X - B モ ー ド variations in に よ る electromagnetic お よ び electrostatic wave の プ ラ ズ マ in で の 伝 move を theory に adjustable べ る た め に geometrical optics approximation を with い た レ イ ト レ ー シ ン グ コ ー ド を open 発 を め, ヘ リ カ ル device LHD で の wave の 伝 move に つ い analytical line を っ て た. そ の results, パ ワ ー 収 absorption position は electron density, magnetic field intensity に す seaborne る dependency は あ る も の の electronic temperature に す seaborne る dependency は weak く, external か ら の suppression に よ り パ ワ royal が ー 収 absorption distribution system may で あ る こ と が わ か っ た.

项目成果

Y.Manabe,K.Nagasaki,et al.: "Oblique injection system for ECH and ECCD in Heliotron E"Fusion Engineering and Design. 47. 99-106 (1999)

Y.Manabe、K.Nagasaki 等人：“Heliotron E 中 ECH 和 ECCD 的倾斜喷射系统”融合工程与设计。

Y.Manabe,K.Nagasaki, et al.: "Oblique injection system for ECH and ECCD in Heliotron E"Fusion Engineering and Design. 47. 99-106 (1999)

Y.Manabe、K.Nagasaki 等人：“Heliotron E 中 ECH 和 ECCD 的倾斜喷射系统”融合工程与设计。

K.Nagasaki,Y.Itoh, et al.: "Polarizers with Non-rectangular Grooves for High Power Millimeter Waves"Fusion Engineering and Design. 53. 491-497 (2001)

K.Nagasaki、Y.Itoh 等人：“用于高功率毫米波的非矩形凹槽的偏振器”融合工程与设计。

K.Nagasaki,Y.Itoh,et al.: "Polarizers with a Non-rectangular Grooves for High Power Millimeter Waves"Fusion Engineering and Design.

K.Nagasaki,Y.Itoh,et al.：“用于高功率毫米波的非矩形凹槽的偏振器”融合工程与设计。

K.Nagasaki,Y.Itoh, et al.: "Polarizer with Nonrectangular Grooves in the HEII Mode Transmission Line"Internal Journal of Infrared and Millimeter Waves. 20. 823-843 (1999)

K.Nagasaki、Y.Itoh 等人：“HEII 模式传输线中带有非矩形凹槽的偏振器”《红外和毫米波内部杂志》。