Advanced Fusion Research Center

第16回QUEST研究会【QUEST研究レポート】

QUESTにおけるECHとOHを用いた電流スタートアップ実験
九州大学：恩地拓己，出射浩，中村一男，福山雅治，尾形大地，芦田竜一，加藤凌哉，黒田賢剛，池添竜也，長谷川真，花田和明， Zhang Yifan，小島信一郎，東島亜紀，永田貴大，島袋俊，新谷一郎，QUESTグループ
東京大学：江尻晶，松崎亨平，大澤 佑規，Peng Yi
京都大学：四竈泰一，米田奈央，森暁，福山淳
核融合科学研究所：久保伸，辻村 亨，東井和夫
PPPL：小野雅之，Nicola BertelliECCDによるトカマクプラズマ生成
波動の真空伝搬
定常運転
アンテナの熱負荷：低• 28 GHz-RFを用いた電流駆動（Ip → 100 kA ）• 高N//のRF斜め入射• 非誘導電流駆動• OHによるアシスト

ShortPulse(2008 - 2019)

SSTO201920182013• 28 GHz-RFを用いた電子加熱（Ip → 40 kA ）• 高速電子生成／加熱の抑制• 低N//のRF入射• OHによるアシスト

ECH準単独加熱による高性能トカマクプラズマ維持シナリオの検証: (Pulse width)
Advanced Fusion Research Center28 GHz ECH システム
ECHによる非誘導電流駆動
28 GHz-RF
8.56 GHz-RF（セットアップ中）*28 GHz ジャイロトロンは筑波大Gamma-10/PDX
プロジェクトで開発 （筑波大，假家先生）

CC WG

λ/4

CC WG

MirrorWave-Guide
250 kW

Gyrotron

QUEST VVλ/8

準光学偏波器システム(NIFS)

ビーム集光ミラーユニット

第二高調波共鳴加熱(at B = 0.5 T)

28 GHz ジャイロトロン(CETD)

3

Advanced Fusion Research Center

実験セットアップ
IpFull Wave
(1)
Simulation

B(2)

(3)
Low power test results

28 GHz RFThe mirrors designed
by Kirchhoff integral code.

(1) 小型凸ミラー:
HE11 ビーム  ガウシアンビーム (拡張).
(2) 大型凹ミラー:
拡張ガウシアンビーム  集光ビーム( ECR層地点で〜5cm ウエストサイズ)
4(3) ステアリング機能
Advanced Fusion Research Center28 GHz集光RF
ビーム斜め入射によるECCD
Advanced Fusion Research Center

Survey (dependence of ECH on the parallel refractive index)[X-mode, N// = 0.78 at R = 0.32 m ][X-mode, N// = 0.4 at R = 0.32 m ]The Rays simulated by TASK-WR code

 𝑛𝑛0 = 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 × 1018 [m−3 ] 𝑇𝑇0 = 30 eV
 Energetic electron : Te = 60 keV LCFS（R = 0.22 – 0.82 m）

一回通過吸収は30％以下と算出される

斜め入射⇅

垂直入射

N//
0.75
0.43
0.26
0.10

Power goes to電流駆動

高速電子

高⇅⇅バルク電子

低Advanced Fusion Research Center6

38502 (N// ≈ 0.75)

Advanced Fusion Research CenterResonance condition of EC wave
Reference: V. Erckmann and U. Gasparino, Plasma Phys. Control. Fusion 36 (1994) 18“The main relation between real and velocity space is given by the resonance conditio

Resonant Ellipse

Doppler Shift

Relativistic Effect

Circle of constant velocity

Relativistic Factor
特定のエネルギーを持った電子の共鳴条件を求める
Advanced Fusion Research Center

磁力線垂直方向速度

2nd3rd

4thDOPPLERUPSHIFT

磁力線平行方向速度

同じ径方向位置でn次アップシフト共鳴とn+1次ダウンシフト共鳴が起きる．
→ 低次高調波共鳴の効果がより大きい

DOWNSHIFT

Advanced Fusion Research Center28 GHz-ECCD (N// ≈ 0.75 ) + OH

Advanced Fusion Research CenterN//スキャンとバルク電子加熱

Advanced Fusion Research Center

Survey (dependence of ECH on the parallel refractive index)[X-mode, N// = 0.78 at R = 0.32 m ][X-mode, N// = 0.4 at R = 0.32 m ]The Rays simulated by TASK-WR code

 𝑛𝑛0 = 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 × 1018 [m−3 ] 𝑇𝑇0 = 30 eV
 Energetic electron : Te = 60 keV LCFS（R = 0.22 – 0.82 m）

斜め入射⇅

垂直入射N//
0.75
0.43
0.26
0.10

Power goes to電流駆動

高速電子

高⇅

⇅

バルク電子

低Advanced Fusion Research Center

12

TASK-WR (N|| = 0.10)
Te < 500 [eV] （高速電子無し）
ne = 2.0e18 [m-3]
第二高調波X-modeの垂直入射でTe = 200 [eV]13

計算モデルの検証中（福山先生との共同研究）
Advanced Fusion Research Centerバルク電子加熱ポイント• N//制御と偏波制御 → 一回通過吸収の向上• 高速電子生成／加熱を抑制 → ガスパフ制御• 課題：• 高速電子モニターの制御• プラズマサイズ／位置制御

Advanced Fusion Research Center28 GHz-ECCD (N// ≈ 0.43 )Advanced Fusion Research Center28 GHz-ECCD (N// ≈ 0.26 )Advanced Fusion Research Center28 GHz-ECCD (N// ≈ 0.10 )Advanced Fusion Research Center28 GHz-ECH (N// ≈ 0.10 ) + OH 【41194】

追加熱効果
ガス制御による高温・高密度バルク電子生成を期待
Advanced Fusion Research Centerまとめ• 28 GHz-RFを用いた電流駆動• Ip > 70 kAの非誘導プラズマ電流スタートアップ• 複数高調波の効果（2nd-4th ）• OHによる追加熱でIp > 100 kAのプラズマ電流• バルク電子温度：低 → 追加熱の必要性？

• 28 GHz-RFを用いた電子加熱• RF入射直後の水素ガスパフが高速電子生成／加熱の抑制に効果的• Te > 500 eV• OHによる追加熱でTe > 800 eV• プラズマサイズ：小 → 径方向外側の加熱／電流駆動．複数周波数ECH？

Advanced Fusion Research CenterResonance condition of EC wave (|N|||< 1)
Resonant Ellipse

Center of the Ellipse

Horizontal Semi-axis of the Ellipse

Vertical Semi-axis of the Ellipse
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