2012年7月23-24日	
サブクラスター会合＠筑波大学	

トカマク・ヘリカル配位における非接触ダイバータプラズマ揺動解析

核融合研、（前：名大）：田中宏彦	
名大：大野哲靖、辻義之
原研：朝倉伸幸、JT-60Uチーム
核融合研：増崎貴、森崎友宏、LHD実験グループ

目次§ 研究背景§ Plasma Blob輸送とダイバータ状態の関係性§ 直線型装置における輸送研究§ JT-60Uにおける研究§ LHDにおける研究§ まとめ周辺領域における間欠的輸送現象	
模式図	

スクレイプ・オフ層 (SOL) 領域	

“Plasma Blob 輸送” の報告	① 磁力線に沿ってフィラメント状② 磁場を横切り対流的に輸送③ SOLプラズマに比べ高密度	○ SOL中のプラズマ密度分布の平坦化○ 径方向粒子束の50％程度を担う
J.A. Boedo et al., Phys. Plasmas 8 (2001) 4826.

⇒周辺プラズマ物理に大きな影響
・他の磁場配位装置（直線・ヘリカル）でも観測・輸送特性がダイバータ状態（例：デタッチ）に依存する可能性

Plasma Blob輸送理論	
有力な輸送モデル	
プラズマの塊が炉心から剥離、フィラメント構造を形成↓
磁場勾配と曲率の効果（等）で荷電分離↓
等価回路内の抵抗により分極保持↓
電場Eと磁場BのExBドリフトにより弱磁場側へ輸送	

Plasma Blobの等価回路	

-∇B	E	
S.I. Krasheninnikov et al., J.
Plasma Phys. 74 (2008) 679. 	

ダイバータ領域	
例えばダイバータ板前面のシース抵抗が短絡電流のメインパスとなる場合、輸送特性はダイバータプラズマ状態（接触・非接触）に依存して大きく変化することが予想される	

直線型装置における非接触プラズマ中の輸送研究	
プローブ計測	

直線型装置NAGDIS-IIの周辺領域で計測されたイオン飽和電流波形	

接触	平均値及び揺動レベル	

中性ガス圧P大	

Blob-likeな輸送が非接触ダイバータ状態時に顕著に発生	

非接触	N. Ohno et al., J. Plasma Fusion Res. 80 (2004) 275.

本発表内容	
大型トカマク装置JT-60U	

大型ヘリカル装置LHD	
ポロイダル断面	周辺領域において計測されたイオン飽和電流揺動を解析	

２つの異なる磁場配位（トカマク・ヘリカル）において、接触・非接触ダイバータの違いが非拡散的輸送にもたらす影響を調査	JT-60U：接触状態時の輸送発生領域	
プローブ配置	弱磁場側赤道面直下、強磁場側バッフル上、X点直下を計測可能な3本の高速掃引プローブ	

~3
S = js~2 32 ~js, js = js − js

Skewness>0 ＝ 揺動が正にスパイク的	⇒ Plasma Blob 輸送発生を示唆	
Skewnessの径方向分布	
CoreSOL（弱磁場側赤道面位置）	

接触状態時には○ Plasma Blob輸送は弱磁場側SOL中で顕著に出現○ ダイバータ領域内では発生は見られず	
接触・非接触状態で比較	
H. Tanaka, et al., Nucl. Fusion 49 (2009) 065017. 	

JT-60U:ダイバータプラズマ揺動特性比較	
接触・非接触状態時のX点周辺での平均値、Skewnessの径方向分布	

線平均密度の大きな放電で○セパラトリクス近傍で部分非接触化○セパラトリクス外側近傍で周期揺動○その外側でSkewness>0の領域
プローブ配置	

弱磁場側SOL中のSkewnessの径方向分布	周期揺動（~2.3kHz）	

ダイバータ上流位置ではX点周辺の変化に比べて明瞭な違いは得られず	

JT-60U:非接触状態時のTVカメラ計測信号	
TVカメラ計測信号(fs=6kHz)を解析(ダイバータプローブで2.2kHz周期揺動が見られた非接触放電)

平均値分布とパワースペ
クトル

外側ダイバータ付近でトロイダル方向に伸びた発光が周期的かつ空間的に振動（2.2kHz）	
発光端部からの正相関を広範囲で確認	
時空間相関（スプライン補間）

JT-60U解析まとめ	
解析結果の模式図	

トカマク装置では接触状態時弱磁場側
SOL中でPlasma Blob輸送が発生	
（部分）非接触ダイバータ化したとき○ セパラトリクス付近で周期揺動(~2.3kHz)が発生○ jsにSkewness>0の領域が出現○ 周期揺動に伴って、広い範囲で正の相関を確認⇒ ダイバータ領域内で、周期揺動に起因した磁場を横切る輸送の発生を示唆○ 弱磁場側SOLのダイバータ上流位置
で揺動特性に大きな変化が見られない○ 接触状態時にX点近傍ではSkewness~0⇒ Plasma Blobはダイバータまで接続しておらず、ダイバータ状態に大きく依存しない可能性

LHD：ヘリカル装置のBlob輸送発生領域	
トカマク装置の弱磁場側SOL
コア
Blob	-∇B
-∇Pe

炉壁
輸送方向	

ヘリカル装置のプライベート領域
レッグ

ヘリカル装置中の磁場勾配方向	

-∇B
-∇Pe

炉壁

同領域中で実際にBlob輸送発生を示す結果が得られている	
・ダイバータ領域内	
・磁力線長が短い（Lc<10m）⇒ ダイバータ状態の影響を受けやすい	

掃引プローブにより計測されたイオン飽和電流とSkewness	
ダイバータレッグ	
プライベート領域	

LHD:接触・非接触ダイバータ板上での静電揺動計測	ダイバータプローブアレイ配置	

接触・非接触ダイバータ状態の比較	

500kHz

放電途中の大流量ガスパフ	⇒ 非接触ダイバータ状態	
#6#12
#10
プライベート側	
ストライク点	

平均値分布（片対数表示）	

イオン飽和電流時間発展	

・ストライク点付近（#9-11）でイオン飽和電流減少	

ストライク点近傍	

プライベート側	・プライベート側位置（#6-8）
でイオン飽和電流増加（2~3割程度の広域化）	

LHD:揺動の生波形	
イオン飽和電流時間発展の拡大図	 H. Tanaka, et al., Phys. Plasmas 17 (2010) 102509. 	
接触状態時・・・ストライク点のプライベート側に位置するプローブ（#9）でPlasma Blob通過波形と似た正スパイク	P大	P大	相互相関解析	
#9→#8→#7→#6
プライベート側への対流的な伝播	
非接触状態時・・・ピークのずれた類似
した正スパイク波形を多数観測	

接触から非接触状態への変化時
・・・プライベート側プローブ（#6-8）でスパイク揺動振幅増加と平均値増加	

非接触状態時にPlasma Blob様の構造がより遠くまで輸送され平均値分布を広域化	

LHD解析まとめ	
LHDではプライベート領域内でPlasma Blob輸送が発生	非接触状態となったとき○ イオン飽和電流最大値の減少○ プライベート領域側への分布広域化○ プライベート領域側へ正スパイク揺動が長距離伝搬⇒ Plasma Blob輸送が非接触状態時に顕著化し、粒子束分布を広域化

ダイバータ領域中の非拡散的輸送はダイバータ板保護の観点からは望ましい現象	

制御することができれば、ダイバータ板への負荷軽減運転に貢献	ストライク点近傍とプライベート領域に流入する粒子束の割合	まとめ	JT-60UおよびLHDにおいて接触・非接触ダイバータ状態時の間欠的輸送の調査を行った○ JT-60Uにおいては、通常発生している弱磁場側SOL中のPlasma
Blob輸送起因の正スパイク揺動に明瞭な変化は見られなかったが、ダイバータ領域中で周期揺動と対流輸送発生を示唆する結果が得られた・・・再現性の調査、ダイバータ板上フラックス分布広域化効果の検証、他装置との比較が必要○ LHDではプライベート領域中で発生するPlasma Blob輸送が非接触状態時に顕著化し、これに伴い粒子束分布の広域化が確認された・・・熱流束の広域化効果の検証、ポロイダル・トロイダル異方性の調査、キーパラメータの推定が重要