球状トカマクにおける低域混成波を用いた電流立ち上げシナリオの実証

在球形托卡马克中使用低频混合波演示电流上升场景

• 批准号: 13J09787
• 负责人: 若月 琢馬
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J09787/
• 关键词: 低城混成波; 球状トカマク; 電流駆動; 非誘導プラズマ立ち上げ; グリルアンテナ; 誘電体; 有限要素法; ポンデロモーティブ力

球状トカマク(ST)における低域混成波(LHW)を用いたプラズマ電流立ち上げシナリオを実証するために、誘電体を充填した導波管列アンテナ(グリルアンテナ)を用いた実験を行った。このアンテナでは数kWを超えるパワーを入射する時に60%程度まで反射率が増加することが観測されていた。そこで、グリルアンテナのプライベートリミター内側のプラズマ密度を直接計測するための静電プローブ列を導入したところ、反射率の増加と同時にアンテナ前面のプラズマ密度が減少していることが明らかとなった。この現象を説明するために、三次元有限要素法に基づいてRF電場を計算し、アンテナの反射率を計算するシミュレーションコードに、ポンデロモーティブ力によるプラズマ密度の変化の効果を取り入れた、非線形シミュレーションコードを構築した。その結果、実験で観測された電子温度の周辺プラズマを仮定したとき、実験と同程度の入射パワーから反射率が増加するという結果が得られた。以上のことから、グリルアンテナの高パワー入射時の反射率の増加は、ポンデロモーティブ力の効果によることが確かめられた。続いて、励起するLHWの磁場に沿った方向の位相速度を調整することで加熱、電流駆動の効率を変化させられるというグリルアンテナの特徴を生かし、TST-2のプラズマ電流立ち上げに最適な位相速度を探査する実験を行った。LHW電流駆動実験では位相速度の指標としてn_<ll>=ck_<ll>/ωが広く用いられているが、同程度のパワーを入射したときのプラズマ電流値の違い、そしてその時の硬X線放射のエネルギースペクトルの違いから、TST-2では1<n_<ll><6程度が最適であることが明らかになった。また、パワー変調実験の結果からはLHWに加速された電子の大部分がイオンとの衝突による減速を受ける時間スケールに比べ非常に短い時間で失われていることが明らかになった。これは電子の閉じ込め軌道が直接真空容器壁にぶつかり損失してしまうこと(軌道損失)によると考えられる。

为了演示在球形托卡马克（ST）中使用低频混合波（LHW）的等离子体电流启动场景，我们使用电介质填充波导阵列天线（格栅天线）进行了实验。在该天线中，观察到当超过几千瓦的功率入射时反射率增加约60％。因此，当我们引入静电探针阵列直接测量格栅天线专用限制器内的等离子体密度时，我们发现天线前面的等离子体密度随着反射率的增加而减少。为了解释这一现象，我们使用了非线性模拟，将质动力引起的等离子体密度变化的影响纳入到基于三维有限元法计算射频电场和天线反射率的模拟代码中。 。结果，假设外围等离子体具有实验中观察到的电子温度，则反射率从与实验中相同的入射功率增加。由上可知，入射高功率时格栅天线的反射率增加是由于有质动力的影响。接下来，我们利用格栅天线通过调节沿激发的LHW磁场方向上的相速度来改变加热和电流驱动效率的能力，并确定了TST-2等离子体电流发射的最佳相位进行了实验。进行了探索速度。在LHW电流驱动实验中，n_<ll>=ck_<ll>/ω被广泛用作相速度的指标，但相同功率入射时等离子体电流值的差异，与硬X射线的差异在辐射的能谱中，很明显，大约 1<n_<ll><6 对于 TST-2 是最佳的。此外，功率调制实验的结果表明，与通过与离子碰撞而减速的时间尺度相比，大部分由轻氢波加速的电子在非常短的时间内丢失。这被认为是由于电子的受限轨道直接与真空室的壁碰撞并丢失（轨道丢失）。