黒田賢剛（九州大）：「QUEST装置CHI導入及び実験計画報告」

QUEST装置CHI導入及び実験計画報告
黒田 賢剛
九州大学応用力学研究所
第12回QUEST研究会 2016年9月20-21日
九州大学筑紫キャンパス 応用力学研究所2F会議室
計画内容
米国ワシントン大学・プリンストン大学との共同研究
Coaxial Helicity Injection (CHI)はHIT-II、NSTX/NSTX-Uにおいて多くの実験
が行われ、様々な成果、知見が得られている有望な電流駆動の手法である。
QUEST装置でのCHIシステムの導入、電流駆動評価実験を行う。
狙い
・CHIによる100ｋAを超える電流駆動
・CHIでの初期プラズマ形成後におけるオーミック、ECHを用いた更なる
電流駆動
・安定なプラズマ閉じ込め維持状態におけるCHIプラズマ特性の研究
・HIT-II、NSTX/NSTX-Uの実験結果との比較
(オールメタル対向壁による効果などの検証)
Coaxial Helicity Injection 放電
HIT-II R=0.3m、a=0.2m
(ワシントン大学)
Steady-State CHI
Transient CHI + OH
連続ショット
絶縁部
CHI
strat up
Bt
入射電流
入射磁束
絶縁部
1m
入射領域
T R Jarboe, et al., PPCF 52, (2010) 045001
R. Raman, et al., PRL 90, (2003) 075005
Coaxial Helicity Injection 放電
NSTX R=0.86m、a=0.6m
(プリンストン大学)
Transient CHI + OH
絶縁部
絶縁部
R Raman, et al., POP 18, (2011) 092504
Coaxial Helicity Injection 放電
CHI放電の特徴
・入射電流による直接的な電流駆動が可能
・入射電流に対するプラズマ電流の増倍率は装置サイズに大きく依存する。
装置サイズ； HIT-II < QUEST < NSTX
Ip/Iinj ； ～6
～70
・CHIによる初期プラズマ生成後、他の加熱手法との組み合わせにより安定で効率
の良い電流駆動が可能
→ HIT-II、 NSTXにおいてオーミック追加熱について検証されており、今後
の研究においてECHについてもその効果が期待される。
・CHI放電においては電極からの主に低Z不純物の放射損失がプラズマ電流の上昇を
妨げる要因となる。
→ NSTXにおいてリチウムコーティングの効果が検証されている。
→ QUESTにおいてはオールメタル対向壁の効果について検証を行う。
QUEST装置におけるCHIシステムの導入
QUEST R=0.68m、a=0.4m
(九州大学)
TFコイル
PF
コイル
3ｍ
ダイバータ
高温壁
HIT-II
NSTX
NSTX-U
QUEST
R [m]
0.3
0.86
0.93
0.68
a [m]
0.2
0.68
0.62
0.4
Vol [m^3]
0.36
18
18
3.6
Ψinj [mWb]
8
47
～40
Vinj [kV]
1～4kV
1.7kV
～2kV
Ip /Iinj [kA]
100/15～30 250/2～10
電極 (対向
壁)
W, グラファ グラファイ
イト
ト
グラファイ
ト
W, SUS316
QUEST装置におけるCHIシステムの導入
QUEST R=0.68m、a=0.4m
(九州大学)
1.5
TFコイル
1.0
PF
コイル
A3
PFコイルによる
～40mWbの入射
磁束を想定
0.0
UNITS
D A T E
Mar.22`2014
5
SCALE
電極
(高圧側)
-0.5
電極
(Ground側)
-1.0
P 26
P 26
絶縁体
P 6 2
P2 6
P 6 2
P 62
P2 6
P 62
P2 6
ダイバータ
1
高温壁
mm
Q
1
T
高温壁
---
MATERIAR
TITLE
Bt
P2 6
3ｍ
ダイバータ
DWG.No.
Gas shieled
OP-140322-003
0.5
-1.5
0.0
0.5
1.0
1.5
QUEST装置におけるCHIシステムの導入
電極
Gas shieled
TITLE
DWG.No.
---
Ground side Electrodes
Hot wall
D A T E
mm
Mar.22`2014
5
SCALE
1
UNITS
Q
1
T
MATERIAR
A3
OP-140322-003
外側電極
(容器に接地)
入射領域
Divertor plate
P 26
P 26
Ceramic insulator
P2 6
P2 6
P 6 2
P2 6
P 6 2
P 62
P2 6
P 62
High voltage side Electrodes
3箇所の下部ポートより
高電圧(～2kV)を印加
内側電極
(容器に対して絶縁)
QUEST装置におけるCHIシステムの導入
ガス導入
電圧印加ポート×3
入射領域
ガス導入ポート×2
QUEST装置におけるCHIシステムの導入
入射電圧印加用電源(コンデンサーバンク; 2kV/5mF× 4)
QUESTから南西位置に設置
QUEST
CHI電源
QUEST装置におけるCHIシステムの導入
QUEST下部
電圧印加ポート
コネクター
電源ケーブル接続
接続
BFU106
スナバー
回路
まとめ
計画の現状、及び今後の予定
実施済作業
・想定入射磁束と真空容器内の電極、ガス管の配置の検討及び設置
・電源(コンデンサーバンク)動作試験及び設置
9月～10月
・大気側のガス導入部の配管整備、電源ケーブル、周辺回路の配線
・オペレーションシーケンス、通電試験
11月～
・ワシントン大学のR.Ramanさんが訪問、実験開始
まとめ
予定実験内容
・CHI駆動プラズマの生成実験
Steady-State放電、及びTransient放電におけるCHI放電条件 (磁場、
入射電圧、ガス圧、ECHによる種プラズマ生成など) の最適化
・初期生成プラズマに対するオーミック、及びECH(28GHz)での追加熱
による評価実験
・CHI放電条件、及び壁状態に対する生成プラズマの分布、電流上昇率、
追加熱とのカップリング性などについての評価実験