‑8 と同じ 。

依イヂしていることで

J ! I U

fI:できる。

. )j、Hモ ー ド で はτpが 約O.1lsになるまで、九はτpに比例してよけ力11するが、ら がそれ以卜.になるとτEは飽和する傾向を示した。 τpとτEの比は、 τJfτpに比例す る領域では1程度、 τEカ市包キ

n

^{した領域では}1‑‑‑‑‑‑2科)支である。 D111‑Dにおいては、

この比は4と報行されている61)0 DIII‑Dの場令、解析したデータの;:.が 本l論文で の 似2.5X 10^19m‑刊こ対して5X10^19m‑3と高 いことから、 さらにτ^Eが 飽 和 し た 領 域 のデー タである可能性がある。杭子閉じ込めとエネルギ -1~lj じ込めを ||1lj完結び

つける要肉としては、仙沼交換損失、熱女、

I

流:t

fiA

が 本 げ ら れ る 。 こ れ ら の 影 符 については次の節で議論する。

l

刈11‑10にτpとr/a=0.95での周辺イオンjilli皮 (172dP)の

I ) U 1

系をノドすo 11似￨から 判 る よ う に 、 凶11‑9でt Jftplこ対して飽和している似J或で、も 、でかと%の

I

¥IJには

A

のや

U

闘が凡られる。ここで、

4 5

に指おおしておきたいのは、 Tf12Cと111Jじ込め改 強度には IYJ維な相関が観測されており州、 Titlgc はエネルギー I~IJ じ込め 41: ↑'tをぷ す量と考えられることである。

4‑5 

パワーバランスにおける粉.子閉じ込めの役^f刈

前 節 に て 、 切 ら か に し た 粒 子 閉 じ 込 め 時 間 と エ ネ ル ギ ー 閉 じ 込 め ILj:問 の 関 係 を説明するためには、手キ小

l F t f 宅 七 : 1

10~ におけるローカルなパワ ーバランスを解析 する必安‑がある。しかしながら、現計測システムにおいては、屯f‑Wiリ立分布の 時間変化の詳細な情報が得られないために、ローカルなパワーバランス解析は、

プラズマ周辺部のみに￨以られる。本節では、牧子閉じ込めに￨刻

i l i

するパワ

‑Ju

失である、荷電交換損失、および、熱弁j‑流如、失の定

f Z ;

的抑制

i l

を行い、そ れ ら が プ ラ ズ マ 周 辺 で の パ ワ ー バ ラ ン ス に 与 え る 影 響 に つ い てl滋i治する。リサイクリン グによる水素原子は周辺部に局在するために、 '1 lJjI担火‑は)ti]

i l l  

ì'í:l~ にて大きくなる。

‑5‑1  解析ブj法

バルクイオンのパワーバランスの式は以下の犠にぶすことができる。

4JE

^ロ日口口

0 . 8  

0 . 2   0 . 4   0 . 6  

{∞ }門 戸

8 

7 

3 

6 

TiedgeIkeV 

l 

4  5 

ハυ

2 

ハU

H モードでの周辺イオン温度と粒子閉じ込め時間 との関係

図 4‑10

0 、口はそれぞれ I

p

=2MA/B

_T

=IT 、 I

p

=3MA/B

_T

=

!l

T

でのデータ。

9 4  

P1oss[WI

二恥‑込書

=p;ond+PLonv+

ぬ

+p

匂

_(‑1‑1) 

ここで、 Pいsは総括 i失、 P~bs はバルクイオンが|吸収した ))11然ノ\ワ一 、 W'はイオ

ンの持つエネルギーである。

p ;

^川

失、熱対流損失、1'hJ屯交換初公、イオンと

f u

rill! のハ ワーのやり ll~ ¹⁾である。 P~bsは OFMC (Orbit Following Montc Carlo) ()")コードを)I Jし1て，W1rlliされる。 OFMCコードはモンテカルロ法を用いて、俄^j友il'rのイオンの此

1 " 1

f 

1 

r心

1 ' / :

山の助

きを、衝突の効果を考慮に入れながら計算するものである。 NBIにより供給さ れたパワーPNBIは、以ードの織に分類できる。

PNBi=PLbs+p;bs+PiU+PLTl+P8211+Psl  (4‑2) 

ここで、 P~bs 、 PU はそれぞれ屯 r 、不純物に吸収されたパワ ーである。 PLγl、 P3211は、それぞれ術屯交換損失、軌道以火である。軌道山失には、 1)ツ ブ 川

n

j:;[、バナナ軌道粒了・によるパワー損失を合んでいる。 Pstはプラズマに吸収され ずにそのまま突き抜けたパワーである。またこのコードのfJJj!iJ条(午としては次 のようなものが考会げられる。儀場構造は、 MHD平衡計算から求めた。水ぷj京子 情皮:分布は、 DEGASで計算された 2次元分布を使用した。 NBIのビームライン としては、

; j J l

祭の垂直入射NBIのビームラインを取り込んで、いる。 NBIのビーム エネルギーは、 90kcVに設定した。また不純物は以来‑のみイ子イ

1 :

するとし、

7 2 1 i

り 的に‑定のZeffのイItIを仮定した。

w

はイオン沼

u

支分布とイオン密度分布から求めた。イオン砕け立分布は、;託子 繁j支分布から、不純物、 高迷イオンの密度をヲ￨いて求めた。

P~onv は次式のように表すことができる。

phonv = 

~

kB ^Tj 

r 

Sr/a  (‑1‑3 )  ここで、 Tjはイオン温度、 Fは粒子束、 S向は今考えている{滋気!向‑で、凶まれた領

域 の ぷ l而初である。

r

はDEGASで計算されたリサイクリングによゐィUf心杭

r

^ソー

スとOFMCでd十算されたNBIによる粒了‑ソースの分布から求めた。1・/a=O.95で のFの計鉾においては、 r/a>O.95の領域に存イ:1する、

? E f ‑

のイ¹l，il数 が全 体 の5%杭 ) 主 で あ る た め に 、 電 子 宥 ) 支 の 変 化 は 今 考 え て い る 領 域 よ り 内1WJの 飢 域 (r/ asO.95)で起きたとした。

p~'Xはバルクイオンと水素以子との!日j の術 TE 交換以)必による引火-である 。こ

れは、 DEGASコードを川いて評価した。

P~u はイオン、'([了a 泊.出:分布から求めた。

p;011dlま、 Plos

s

^からP~onv 、 Pcx 、 P~:qu を差しづ|くことでぶめた。 また、 P;011dl ま、

以ト‑のように存くことができる。

p ;

^{ザ ‑}

_~

^{ni Xi VTi Sr/  (1} ‑1})} 

ここで、 niはバルクイオン特日立、 χiはイオンの熱伝導係数である。

4‑5‑2 解 析 結 果

表4‑3にノ示すような 2つ の 放 電 に 対 し て 、 周 辺 の 仙 沼 交 換 初 公 、 お よ び 熱 対 流 損 失 を 定量的に許制ilし 、 そ こ で の パ ワ ー バ ラ ン ス を 与^a然 し た。ここで、 Zeffは 制 動 師 射 の 尖 測 位 を

J μ

^こ許制

i

した。ケース1は￨刈1}‑9で粒子閉じ込め￨時間とエネ ル ギ ー 閉 じ 込 め 時 間 に 羽 ! 関 が 見 ら れ る 領 域 の デ ー 夕 、 ケ ー ス 2は エ ネ ル ギ ー 閉 じ込め 11与問が飽和している領域のデータである。まず、 P~OIl\、 pb 、およびilE5

速 イ オ ン と 水 素 原 子 問 の 荷 電 交 換 反 応 に よ る 損 失

P E r t

を訂正1111iし、次に、式(.ト

1 )

の各以をまl~価し、 P~onv 、 P旬、 P佼1 のプラズマ j剖辺でのパワーバランスへの待 与 に つ い て 考 察 す る 。 最 終 的 に は 、 熱 伝 導 係 数 を 評 価 し た 。

OFMCによる計算では、

p l z s t

は両ケースともに少なく、人身、.J全 エ ネ ル ギ ー の ケース 1で5.5%、 ケ ー ス 2で3<X>程 度 で あ る 。 そ の 以 肉 はJT‑(‑)()Uで は ト ロ イ ダ ル リ ッ プ ル が 大 き く 、 周 辺 の 高 速 イ オ ン が 術 屯 交 換 以j)じを起こすれ)立のエネル ギー(‑‑30 kc V) まで減速する前にリップ jレ{滋収i におIì引き ~LH 

i

失してしまうた

96 

ー ‑3

lle [m ‑

1 

Ti ^egde [keVl 

case 1  1.3 x 10 19 

1.8 

case 2  2.0 x 10 19 

3.4 

I~ 二 2 恥1A，₀ B'T' 

= 

_{ー ，}4 T， Z_L‑I^{" ，}_eu _ff 

= 

2 

τplsl  τE ( s 

I 

PN8I( M W  

I 

0.24  0.26  20 

0.50  0.35  20 

表 4 ‑3 ケース 1 およびケース 2 でのプラズマパラメータ

め で あ る 。 リ ッ プ ル 引 失 は 全 入 射 エ ネ ル ギ ー の10‑‑‑‑‑20%を11iめ て い る 。 リ ッ プ ルの効果を無視すると、十'I:j 電交換111 火-は 2---3 れれ)~人きくなる。

P~onv を求めるには、 NBI およひび、リサイクリンググ、によるイ1'I:jわ1u ネ机1/:'l

r

^{ソ一スカかEらイ}

オオ‑ン，特枠

7

舛字系私紅紡

J

^山ii呆でで、は、 NBIで 供 給 さ れ た 紋 子 の 中 で 、 熱 化 し た イ オ ン は ケ ー ス 1で、 40%、ケース2で60%程)主である。この結果とDEGASコードでIjlれ さ れ た リ サ イクリングによる州電粒子ソース分布およびイオン砕け立の会化を考f芯して、えQ.

終 化

1 : '

士符0.95で の 而 積 分 し た 粒 子 点 は 、 ケ ー ス 1で1.2X10ヌIS‑I、ケース2で，1く>

10ヌOS-l と評価された。この場令の規格化半符 0.95 でのイオン i~~肢は、ケース 1

で1.8 k c V、 ケ ー ス 2で3̲ 4 kc Vで あ る た め に 、 式('‑1‑3 )から P~onv はそれぞれ O.53MW、0.33MWと許制日される。

P~:Xは、周辺部に)，

J  1 L

している。これ は 、 リ サ イ ク リ ン グ に よ り 供 給 さ れ た

水ぷ;_)J~(-了-が川辺部に)， J.{J:するためである。ぷ!格化:.'1'.:.径0.95 より i人~ 1!!1J で、の P~-:Xは、

ケース1で2X 10'1W、ケース2で1.6X 10，1Wと計1111iされる。

ここでで、〉求

K

めたP

民

iL;沿ωo〉汀川I

るO 水 素j以瓜子

1

曾徐密守名軒j'皮分不布fドiの￨唆凌l昧沫床.さは、 電 子 併j支分布に最も強く依イがする。 そのた め に 、 周 辺 で の 電 子 密 度 分 布 を 測 定 誤 差 の 純 凶 で 定 化 さ せ た1I与の

PU

お よ び phonv の誤差を求めた。その結来、 P~onv 、 Pex の誤差はそれぞれ+1 ()%、 +30%

と

J ; f {

1lりされたO

イオン系のパワーバランスにおいて、」上二 J記己のように i三刈汗t河汗!ドえ吋イ自îI1町lî された P~=X およびび、

P~ふいO印n川1

1 では、 P10s

s

^に対する P~-:X、 P~onv の割合はそれぞれ、 1% 以ード、 15%あ:皮である。

同様に、ケース 2で は 、 こ れ ら の 他 は 1%以下、 10%以、'ドである。したがって、

P~-:X、 P~onvは 、 絶 対 値 的 に 小 さ い だ け で な く 、 ケ ー ス1からケース2への相￨対(仰 な変化も小さい。他ノj 、 P~onù はあまり変化しておらず、イオン併は、 jilllはがケー

ス1より、ケース2の丈fカ

VG

い こ と を 与 え る と 、 ぷ(‑1‑1)か ら 熱 伝 導 係 数 が 人 き く変化していることになる。

次に、 P

t : ' (

^{、phonv、および、P}

佼

1のr/a=O.95でのイオン沿皮への;だ轡について 議論する。周辺での輸送障壁帽の検討から、この!隔はポロイダル俄j必と強く相

98 

case 1 [MW 

J 

case 2 

r 

M W  

I 

pl 

loss  3.4  4.6 

p abs  4.6  5.9 

dW/dt  1.2  1.3 

pl 

cond  2.6  2.8 

P conv  0.53  0.33 

p cx  0.020  0.016 

pl 

問U 0.23  1.4 

表 4 ‑4 ケース 1 およびケース 2 で の 式 ( 4 ‑ 1 )の各項の値

関していることが明らかにされている 60)。今与-えている条件では、この IPlt~~よ、

5cm 平副主: と見積もることができ、すなわち、 r/a=().95 で、の熱心;~係数は、愉込

|寺町f で、のイ11'(と見なすことができる。イオン抗)支の勾配は、然(ぶ *f- 1I1~ に比例し、

密 度 、 熱 伝 導 係 数 に 逆 比 例 す る 。 こ の 関 係 を 川 い て 、 ケ ー ス 1に お い てPい、

P~onv 、およびP公1 を 0 と仮定したとき、 r/a=0.95 でのイオン ?:IIUi がどのく らい

.1.... 刃a するかを見積もった。その結果、況U~ の k昇は 1kcV以ードであることが明ら かになった。この卜

. . 1 7 .

は、ヰゴ^aに、OFIYICコードにおいて、 PErlをJ!¥f;侃したj必介

に P~bsが lMW上タ 11. したことに起因している。

さらに、熱伝導係数の評価を試みる。ここではJ，~-卜.の式で、簡易 f内に r/a=0.95 で、の尖効的な熱伝導係数(χs)をイオン系、市‑j‑系を合めた形で、定えする。

χsVTj =χiVTj +χcVTc 

χs = (P)ω ーPrad ‑P conv )/(3/2 k n~dgc ^T

ナ

^Igc/ 0.05a) 

(11‑5 )  ( ./1‑6) 

ただし、 Ploss、P凶 は そ れ ぞ れ 、 合 損 失 、 ボ ロ メ ー タ ア レ イ で 測 定 し た

4 : .

プラ ズマからの放射損失である。 nrigc は r/a=0.95 で、の屯-j-併はで、ある。 1~liノ1-11 にみ を横

4 t h E J

こ取って示す。表4‑3の2ケースについてイオン系、"，[j‑系を分離して 求 め た イ オ ン の 熱 伝 導 係 数χiを[，jiI~I の X (11で、ぶしている。χ日はイオン系、'，'[

1

j‑ 系 を 合 ん で い る た め に χlより

2 1 i ¥  

t'1~_J主人きくなって いる。 しかし、 2j.1.11111 での χi の相対的変化は χs の変化と矛 j行しない。この I~I から、 χJf 大きく生化してい ることが判る。この問、熱伝導損失，'，休は、ほほ‑'Ji~イ11\ となっている。すなわ ち、イオン

i f n U

支 の 上 昇 は 、 粒 子 閉 じ 込 め 改

i t ‑

にともなう前

7 E

火換引火‑および然 対 流

j f t

失 の 減 少 に よ り 引 き 起 こ さ れ て い る の で は な く 、 実 効LI<Jな熱伝導係数の 生化により引き起こされている。 ーノJで、は、 τpは王、およびT

ア

^{geとiト:の相関が}

ある。これらのことから、 χsす な わ ち エ 不 ル ギ ー 閉 じ 込 め と 粒 子 閉 じ 込 め は 術 按な凶係を持っていると考‑えられる。このことは、知似の物迎A1科.が IILj閉じ込 めを支配している可能性を示唆するものである。周辺イオン ~_r，?Ll支の愉送附町の

!おさは、 τpカ宮大きくなるにしたカぎって、 l向くなっており、この傾向は、 τEカ￡tpに 対 し て 飽 和 し て い る 領 域 で も 見 ら れ て い る 。 こ の こ と は 、 グ ロ ー パ ル な 純 子 問

ドキュメント内 竹永, 秀信 (ページ 104-128)