大型プラズマにおける軽元素を用いた実効電荷数制御実験

大型等离子体中轻元素的有效电荷数控制实验

• 批准号: 13780399
• 负责人: 宮澤 順一
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780399/
• 关键词: 大型ヘリカル装置; 不純物ガスパフ実験; 閉じ込め改善; 高イオン温度; 燃料供給効率; リサイクリング; RI-mode; リアルタイムカーボニゼーション; プラズマ実験; 不純物入射; エネルギー閉じ込め; 熱輸送; 粒子輸送; ガスパフ; ペレット入射; 大型ヘリカル装置; 不純物ガスパフ実験; 閉じ込め改善; 高イオン温度; 燃料供給効率; リサイクリング; RI-mode; リアルタイムカーボニゼーション; プラズマ実験; 不純物入射; エネルギー閉じ込め; 熱輸送; 粒子輸送; ガスパフ; ペレット入射

大型ヘリカル装置(LHD)において、水素・ヘリウム・メタン・ネオン・アルゴン・クリプトンを用いたガスパフ実験を実施した。メタン実験では、リアルタイムカーボニゼーション効果による金属不純物の減少と、これに伴うペレットショットにおける閉じ込め改善を実験的に見出した。メタンガスパフ放電自体は水素ガスパフ放電と顕著な相違が認められなかったため、より大きな電荷数を有するネオン・アルゴン・クリプトンといった希ガスによる実験を行った。ネオンプラズマ実験では、イオン密度の減少と低密度における加熱ビームパワー吸収率の改善によって、水素放電では得られていない高イオン温度5keVを実現した。この結果は更にアルゴン放電へと拡張され、LHDの最高イオン温度7keVの達成へとつながった。より大きな電荷数を有するクリプトンでは、輻射損失の増大に伴ってプラズマの性能は劣化した。電子系のエネルギー閉じ込めについて巨視的パラメーターの解析を行ったところ、ネオン放電と水素放電では顕著な差が無いという結果を得た。この結果はトカマクで観測されているRI-modeと対照的である。これらの実験を通じて、LHDプラズマにおいてはガスパフ以外の粒子ソースが無視できず、結果的にイオン純度の高い放電を得ることが困難であることが判明した。この点に着目した水素ガスパフ実験を実施し、LHDにおけるガスパフの燃料供給効率は約10%であること、及び粒子バランスを考える上ではリサイクリングフラックスが無視できないことを示した。リサイクリング係数についても、ガスパフをしていない状態でほぼ1であるところが、ガスパフによって0.7程度まで減少することがわかった。更にヘリウム放電では、ガスパフ中でもリサイクリング係数が数百ミリ秒のオーダーで1に漸近し、その状態において電子密度増加率とガスパフフラックスがほぼ等しくなることを示した。

使用氢，氦，甲烷，霓虹灯，氩气和加密蛋白进行气体吹气实验，在大型螺旋装置（LHD）中进行。在甲烷实验中，我们通过实时碳化效应和颗粒射击伴随改善而进行了实验发现金属杂质的减少。由于在氢气吹气排放中没有观察到甲烷气体吹气排放的显着差异，因此使用诸如霓虹灯，氩气和加密蛋白等贵重气体进行了实验，这些气体具有较大的电荷。在霓虹灯等离子体实验中，通过降低离子密度并改善低密度的加热束功率的吸收来实现5keV的高离子温度，该温度未通过氢排放而获得。该结果进一步扩展到氩气排放，从而导致LHD的最高离子温度为7keV。随着电荷的数量，血浆性能随着辐射损失的增加而恶化。当分析电子系统中的宏观参数以限制能量限制时，我们发现霓虹灯和氢排放之间没有显着差异。该结果与在Tokamaks中观察到的RI模式相反。通过这些实验，发现在LHD血浆中不能忽略气泡以外的粒子来源，因此很难获得高离子纯度的放电。我们进行了一个氢气吹气实验，重点是这一点，并表明LHD中气体泡芙的燃料供应效率约为10％，并且在考虑粒子平衡时不能忽略回收通量。当没有施用气体粉扑时，还发现回收系数约为1个，但由于气泡泡而减小到约0.7。此外，在氦气排放中，回收系数在数百毫秒下渐近至1，表明在这种状态下，电子密度增加速率和气泡通量大致相等。