QUESTプロジェクト(最新の成果発表)

２０１８年−２０１９年に発表された論文投稿された論文（一部）Advanced Fusion Research Center

QUESTにおける長時間運転の発展
Development of long pulse in QUEST(NF K.Hanada 2017, NF Y.Takase 2017)
Top Flat Plate
Top Conical Area

Center-stack vessel
Flat Divertor

Center-stack
Vessel Cover
Mid-planeArea
BottomConical Area
Bottom Flat Plate

Divertor limiter

Advanced Fusion Research Centerプラズマ暴露材料の表面状態と水素吸蔵特性の上下非対称性の確認 (FED 2019 Y.Oya, et al.)
色測定による比較：Bottomの変色が激しい

暴露材の水素のTDS 重水素照射による吸蔵能
表面状態の観測

Topの900Kの水素のピークは混合層の形成による捕捉
重水素の400Kの捕捉は吸着かループ、650Kは照射損傷による捕捉：Topに高エネルギーイオン照射
Advanced Fusion Research Centerを示唆Desorption Rate(/m2s)

堆積層によって水素吸蔵能が大きく変化する。これは吸蔵された水素原子が堆積層内に留まって母材側に拡散が抑制されていること（水素バリア）で説明できる。(NF 2019 K.Hanada, et al.)
1018

SUS316L unexposef
SUS316L weak coloring
SUS316L heavy coloringW
2012 S/S W-Equ

1017

depo

1016
1015
400

600 800 1000
Temperature(K)t=70nm

100nm

Nuclear Reaction Analysis(NRA) clarifies the impact ofplasma induced deposition
layer on hydrogen transport in
the material.

Advanced Fusion Research Center

QUEST実機の長時間放電によるモデル検証と巨大ダストによる影響の確認。(NF K.Hanada 2019)
壁飽和状態の放電終了直後のガス放出kΓ out = 2 HW2
Sd R

2Γ𝑑𝑑𝑅𝑅 : thickness of deposition layer

393 K473 K

ダスト発生放電（壁温は473K)
0.8

10204030402HW2 (10 H )壁温による再結合係数の差を観測
ダスト発生直後は矢印のように放電直後に放出される水素分子が減少する。
数ショットを経て元の状態に戻る。

Hα (a.u.)out (1018H2/s)

𝐻𝐻𝑊𝑊 :the number of H dissolved in wall material
𝑆𝑆 : surface area
𝑘𝑘 : surface recombination coefficient of H atoms

100

水素バリアモデルの予想

Dust

0.6
0.4
0.20.0050100Time150200 Sec

Advanced Fusion Research Center

CRモデルと水素バリアモデルによる粒子バランス計算とQUEST実機の長時間放電によるモデル検証 ( NME K.Hanada 2019)
QUEST実機データを用いたモデルの検証

1.5

1.0Z(m)0.5

2.0 x100.0-21.5-1.00.5-1.50.0

Wb1.0-0.5

1 x10ne (1018m-3)

Wall stored H (H) H2 Flux(H2/s)

プラズマ、真空、壁の3者を考慮した粒子循環をモデル化（0次元）

18(a)06 x10204
24 x10

17(c)
200.0

0.5

1.0R(m)1.5(b)

02000

4000
Time (sec)6000(a)赤線が未知の放出ガス、©点線はプラズマ誘導脱離を仮定しても説明できず(a)の未知の放出ガスを仮定する必要あり
Advanced Fusion Research Center高磁場RF入射による高効率EBWモード変換の基礎実験と高密度化( PFR A.Hatem 2019)高磁場入射の概要

カメラの観測によるUHRの推定と密度計測が一致
これはEBWへのモード変換が起きていることを示唆

漏洩RF観測によるRF吸収観測HFS60LFS40b)

Waveform [mV]a)

プローブによるLHWの観測

W/O PFno plasma200-20-40
1.5

1.505

1.51

1.515

time [s]HFSd)

LFS
With PF

HFS入射の場合に、漏洩が少なく吸収が良い

Magnitude [dB]c)

101010-4

𝜔𝜔1-6-8050

expected100150

frequency [MHz]Advanced Fusion Research Center

2002502D SXR検出器による軟X線空間分布計測とPhoton Counting modeによる電子温度 (PFR C. Hunag 2019)
機器の概要（MCP+フォスファー）

BeとAlフィルターを用いたその場エネルギー較正と電子温度測定

プラズマ中の振動現象の観測

カウンティングの工夫 図（ｂ）の右上の〇を一つの光子としてカウント
Advanced Fusion Research Center

論文リスト[FED 2019 Y.Oya] Oya, Y., Sano, A., Sato, Y., Nakata, M., Zhou, Q., Togari, A., ... Hanada, K. (2019). Effect of carbon
impurity reduction on hydrogen isotope retention in QUEST high temperature wall. Fusion Engineering andDesign. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.02.110[NF 2017 K. Hanada] Hanada, K., Yoshida, N., Honda, T., Wang, Z., Kuzmin, A., Takagi, I., ... Mitarai, O.
(2017). Investigation of hydrogen recycling in long-duration discharges and its modification with a hot wall in thespherical tokamak QUEST. Nuclear Fusion, 57(12), [126061]. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa8121[NF 2017 Y. Takase] Takase, Y., Ejiri, A., Fujita, T., Fukumoto, N., Fukuyama, A., Hanada, K., ... Tsuji-Iio, S. (2017). Overview
of spherical tokamak research in Japan. Nuclear Fusion, 57(10), [102005]. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa62c1[NF 2019 K.Hanada] Hanada K., Yoshida N., , Hasegawa, M., Hatayama, A., Okamoto, K., Takagi I., ... Ono, M. (2019)
Particle balance investigation with the combination of hydrogen barrier model and rate equations of hydrogen state inlong duration discharges on all-metal plasma facing wall QUEST. Nuclear Fusion 59 [076007][NME 2019 K.Hanada] Hanada, K., Yoshida, N., Takagi, I., Hirata, T., Hatayama, A., Okamoto, K., ... Ono, M.
(2019). Estimation of fuel particle balance in steady state operation with hydrogen barrier model. Nuclear Materials andEnergy, 19, 544-549. https://doi.org/10.1016/j.nme.2019.03.015｛PFR 2019 C. Huang] Huang, C., HANADA、K., KURODA、K., KOJIMA、S., FUJIYOSHI H., MIURA H., YAMADA T.IDEI、H., HASEGAWA、M., and ONCHI T. (2019) Fast Tangentially Viewed Soft X-Ray Imaging System Based on Image
Intensifier with Microchannel Plate Detector on QUEST。Plasma and Fusion Research: Volume 14, 1402128[PFR 2019 H. Elserafy ] Elserafy, H., Hanada, K., Kuroda, K., Idei, H., Yoneda, R., Huang, C., ... Ono, M. (2019). HFS
injection of X-mode for EBW conversion in QUEST. Plasma and Fusion Research, 14(1),[1205038]. https://doi.org/10.1585/pfr.14.1205038
Advanced Fusion Research Center1028GHｚ2ndECH時にバルク、高速電子加熱を観測
2019 submitted to NF
高速電子に対して中性粒子衝突の影響大28 GHz入射中に3段階で電流が立ち上がるA B C

S. Kojima et al.
A:バルク電子加熱
B:バルク＆高速電子加熱
C:高速電子加熱

高速電子では中性粒子との衝突時間が支配的数keV程度の電子の閉じ込め時間の増加がプラズマ電流増加に寄与

Advanced Fusion Research Center

定常運転を目指した高温壁の設置とその制御システムの開発

Modification of plasma control system and hot-wall temperature
controlsystem for long-duration plasma sustainment in QUEST
Makoto Hasegawa, Kazuo Nakamura, Kazuaki Hanada, et. al.
Fusion Engineering and Design 129 (2018) 202–206
壁の温度制御の重要性
HB model and experimental results

473K

1セクションの高温壁の構造高温壁の全体構造

393K

26th IAEA Fusion Energy Conference, EX/P4-49, K. Hanada, et. al.

温度制御の概念図

全体の制御システム構成
Central Control System (CCS)PXI system

Overall management of subsystems

中央制御

HW Cooling System (HWCS)
cRIO system

Hの通水開始Lの通水開始冷却水制御器ヒーター制御器

プラズマ制御HW Heating System (HWHS)MELSEC sequencer

Plasma Control System (PCS)PXIe system

Plasma control

Feed-back control of HW
temperature with heaters

Advanced Fusion Research Center

DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2018.8510425

Supportfor GYT

Gratingplatesat CSSubmitted to NF