上下位置不安定性を抑制した高縦長度トカマク装置の実現

实现抑制垂直位置不稳定的高垂直托卡马克装置

• 批准号: 21J10404
• 负责人: 内藤 晋
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10404/
• 关键词: トカマクプラズマ; 垂直位置不安定性; サドルコイル群; 非軸対称平衡; MHD安定性解析; サドルコイル; 非軸対称磁場

プラズマ垂直位置の安定化効果が実験的に確認された、複数のサドルコイルが生成する磁場が重畳されたプラズマ平衡に対する、数値計算的なアプローチを用いた解析をさらに進めた。垂直位置の安定化効果に関しては、前年度に引き続き３次元線形理想MHD安定性解析コードTERPSICHOREを用いてより詳細な解析を行った。これにより、理想導体壁とプラズマとの距離が一定の時、垂直位置安定化に必要なサドルコイル電流とプラズマ楕円度との関係を計算した。その結果。高縦長度トカマクプラズマの垂直位置を安定化するには、サドルコイル群にプラズマ電流の数倍以上のオーダーの電流を印加する必要がある事が明らかになった。また垂直位置の安定性だけでなく、複数のサドルコイルが生成する磁場の非軸対称成分の強さや、高エネルギー粒子輸送に与える影響を、実効ヘリカルリップル計算コードNEO, Boozerスペクトル計算コードBOOZ_XFORMを用い検証した。その結果、サドルコイルが生成する磁場は、Boozer座標上で(m, n) = (0, 1), (0, 3)等の非軸対称な成分が支配的で、サドルコイル磁場の強度を強めるほど有効ヘリカルリップルも顕著に大きくなってしまう事が、定量的に確かめられた。以上の結果から、単純形状のサドルコイル群では垂直位置の安定化効果に限界があり、また高エネルギー粒子の閉じ込めにも無視できない影響を与えてしまう事が、数値計算により明らかになった。今後はコイル形状を最適化することで、垂直位置の安定化効果が高く、なおかつ輸送に与える影響が小さいコイルを設計することが望まれる。

利用数值方法，我们进一步分析了多个鞍形线圈产生的磁场叠加时的等离子体平衡，并通过实验证实了等离子体垂直位置的稳定作用。关于垂直位置的稳定效果，我们继去年之后，使用三维线性理想磁流体稳定性分析代码TERPSICHORE进行了更详细的分析。由此，我们计算了当理想导体壁与等离子体之间的距离恒定时，鞍形线圈电流与垂直位置稳定所需的等离子体椭圆率之间的关系。结果。已经清楚的是，为了稳定高度伸长的托卡马克等离子体的垂直位置，需要向鞍形线圈组施加等离子体电流数倍的电流。除了垂直位置的稳定性之外，我们还使用有效螺旋纹波计算代码NEO和布泽尔谱计算代码BOOZ_XFORM来研究多个鞍形线圈产生的磁场非轴对称分量的强度以及对高能粒子传输。因此，马鞍线圈产生的磁场以布泽坐标上的(m, n) = (0, 1), (0, 3)等非轴对称分量为主，马鞍线圈的强度定量证实，随着磁场强度的增加，有效螺旋波纹明显变大。从以上结果来看，数值计算表明，形状简单的鞍形线圈组的垂直位置稳定作用有限，而且对高能粒子的约束也有不可忽视的作用。未来，我们希望通过优化线圈形状，设计出能够高效稳定垂直位置且对运输影响较小的线圈。

项目成果

Numerical Analysis of the Vertical Instability Stabilizing Effect of Saddle Coils in Tokamak

托卡马克鞍形线圈垂向失稳稳定效果数值分析

• 发表时间: 2022
• 影响因子: 0.8
• 作者: Shin Naito; Yasuhiro Suzuki;Hiroaki Tsutsui
• 通讯作者: Hiroaki Tsutsui

サドルコイル群を用いたプラズマ垂直位置の安定化

使用鞍形线圈组稳定等离子体垂直位置

• 发表时间: 2021
• 作者: 内藤晋

サドルコイルが生成する非軸対称磁場によるプラズマ垂直位置の安定化

鞍形线圈产生的非轴对称磁场稳定等离子体垂直位置

• 发表时间: 2021
• 作者: 内藤晋; 桑原大介; 鈴木康浩; 筒井広明; 飯尾俊二
• 通讯作者: 飯尾俊二

Numerical analysis of the stabilizing effect of local coils on the vertical instability in tokamak

局部线圈对托卡马克垂直失稳稳定作用的数值分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Shin Naito; Yasuhiro Suzuki;Hiroaki Tsutsui
• 通讯作者: Hiroaki Tsutsui

Stabilization of vertical plasma position in the PHiX tokamak with saddle coils

使用鞍形线圈稳定 PHiX 托卡马克中的垂直等离子体位置

• DOI: 10.1088/1741-4326/ac22d0
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 3.3
• 作者: Shin Naito; Murayama Masamichi; Shouichi Hatakeyama; Yasuhiro Suzuki; Hiroaki Tsutsui;Shunji Tsuji
• 通讯作者: Shunji Tsuji