ヘリオトロン J 周辺プラズマの熱流束分 布に関する研究 中野賢･松浦寛人 ( 大阪府立大学 ) The authors are grateful to the Heliotron J supporting group for their excellent arrangement of experiments.

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1 ヘリオトロン J 周辺プラズマの熱流束分 布に関する研究 中野賢･松浦寛人 ( 大阪府立大学 ) The authors are grateful to the Heliotron J supporting group for their excellent arrangement of experiments. This work is partially performed with the support and under the auspices of the NIFS Collaborative ResearchProgram(NIFS08KUHL021).

2 サーマルプローブ プラズマから固体壁への熱流束の研究 シースの研究 ラングミュアプロ ーブ シースを通じて行われるプラズマと固体間での 電荷のやりとりを調べる方法. 電子に関するパラメーターを求めることが出来る. サーマル ( 感熱 ) プローブ プラズマと固体間での熱流束を計測するために提案された 方法 イオンに関するパラメーターも求めることが出来る.

3 I-V 特性と Q-V 特性 ( 低圧グロー放電 ) cpp 2006 Langmuir probe I-V characteristic Thermal probe Q-V characteristic 熱流束はバイアス電圧に依存することが分かった. その他にイオン電流などにも依存する.

4 シース熱伝達因子 比例定数 ( シース熱伝達因子 ) はしばしば人為的に与えら れる. プラズマ熱流束評価において次のような式が用いられる. バイアス電圧の効果 エネルギー反射係数 シース熱伝達因子を考える際に, 以下の要因を考慮していない.

5 表面のエネルギー反射係数の効果 で を, 電子温度をパ ラメーターとしたすべてのバイア ス領域で理論的な曲線でのフィッ ティングはできない. 実測した を用いて のバイア ス電圧依存性を理論的カーブで再 現できた.

6 ダイバーター熱流束 直接的測定法の開発・確立 目標 核融合炉設計におけるダイバーター熱流束の正確な評価 課題 ･ダイバータープラズマにおいては となる ことがある 単純ボーム条件の適用が出来ない ･複数イオン種, 固体表面反応, 磁場の効果 etc... サーマルプローブ 法をダイバーター プラズマに適用 複雑なので計算で精度よく推定するのは困難

7 ヘリオトロン J ( 京都大学 )

8 複合方向性プローブ (HDP) 配置図 0 deg. 163.05 deg. #7.5 port 真空容器断面図 磁気面

9 HDP (# 7.5 ) PFR(2007) pin は 8 つ 主に使うのは pin3,4,5 ピンの初期位置と回転角度制 限 断面図 Pin3-5 Cu 直径 4.5[mm] K 型熱電対 Cu

10 HDP 可動方向

11 Assumption 主放電時間 が短い ( ≒ 0.1[s] ) ので 熱パルス TC センサ ー X軸X軸 表面から数 mm Y軸Y軸 半無限体平板 ･半無限体平板を仮定 ･無限小の熱パルスと仮定 ･一次元的な熱の流れを考える Model 1

12 ⊿t⊿t δ 関数的な 熱パルス Model 1 base line ( ≒ 0.1[s]) Model 1 (Infinite model)

13 TC 信号サンプル例 (LCFS 内部 ) ･サンプリング数は 10[ms] 主放電終了辺りで温度が 上昇し始める. ･ TC 信号が最大値に到達. その後に磁場の影響を受 け信号値がジャンプする.

14 フィッティング例 (LCFS 内部 ) base line ( ≒ 0.1[s]) が分かれば, 推定した より熱流束 が求め られる. (#31582)

15 軸回りの熱流束分布 (LCFS 内部 ) ・熱流束は -25° ～ -50° の間 で 極大を取ると考えられる. ・周期性のある波形が データに見受けられる. 0° 60° -120° NBI rev B STD( 反転磁場 )

16 大半径方向の熱流束分布 (LCFS 外部 ) ダイバーターレッグの存在を 反映するような分布が計測された. 極大と極小が存在する. ECH STD( 反転磁場 )

17 Field line structure corresponding to the stroke of the movable probe array Profiles of the ion saturation current for different positions of Z ヘリオトロン E での実験結果 NF(1992)

18 ダイバーターレッグの構造に 対応している. 極大と極小が存在する. ダイバーターレッグの存在を 反映するような分布が計測された. 大半径方向の熱流束分布 (LCFS 外部 ) ECH STD( 反転磁場 )

19 大半径方向の熱流束分布 (LCFS 外部 ) ECH STD( 反転磁場 )

20 まとめ ・ H-J における HDP のピンが受ける, 熱流束を推定するための熱伝導モデルが構築できた. ・ HDP を軸回りに回転させた際に, 熱流束は イオン飽和電流と同様な 180 度周期のデータを示した. ・イオン飽和電流から予想される熱流束と, サーマルプロー ブ法で 測定した熱流束の値の間には矛盾はなかった. ・ダイバーターレッグの存在を反映するような分布図が得ら れた

21 プローブの種類とその測定対象 プローブパラメータ ー 電荷 ( ) ラングミュア プローブ ( 電流 ) Langmuir etc ･･･ etc ・・・ 運動量 ( ) Combined force-Mach-Probe ( 圧力 ) Lunt etc ・・・ エネルギー ( ) サーマルプローブ ( 熱流束 ) Stamate 門 永岡 松浦

22 二次元熱解析ソフトを用いて 簡単なプローブモデルを作成, 境界条件を与えて解析を行った. 熱電対の部位は 40 4 50 22 冷却ガス ( ) を 循環させている 非定常熱伝導解析

23 シミュレーション結果 t=0[s] 0< t <0.1 加熱過程 0.1< t 冷却過程 t=0.1[s] t=0[s]

24 シミュレーション結果 t=0.2[s] 0< t <0.1 加熱過程 0.1< t 冷却過程

25 シミュレーション結果 t=0.5[s] 0< t <0.1 加熱過程 0.1< t 冷却過程

26 シミュレーション結果 0< t <0.1 加熱過程 0.1< t 冷却過程 t=1.5[s]

27 シミュレーション比較図 #31582 は 10M ～ 15M と同じ程度になった オーダーは 10MW クラスで一致

28 フィッティング例 (LCFS 内部 ) base line のオーダーは一致 ある程度の正当性が示された. (#31582)

29 比例定数はしばしば人為的に与えられる. プラズマ熱流束評価において次のような式が使用されて いる バイアス電圧の効果 エネルギー反射係数 しかし一般的には推定の際に, 以下の要因を考慮していない場合がある シース熱伝達因子 ( )

30 比例定数はしばしば人為的に与えられる. プラズマ熱流束評価において次のような式が使用されて いる バイアス電圧の効果 エネルギー反射係数 しかし一般的には推定の際に, 以下の要因を考慮していない場合がある