History of Japan-China & International Collaborations in the PSI Research Field Nobuaki Noda （野田信明） National Institute for Fusion Science 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 1/58 I started the work in the fusion research field as a member of the diagnostic group of the JIPP T-II tokamak 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 2/58 Shot Summary (Ti/CX neutral) in 1977 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 3/58 ECR discharge cleaning in JIPP T-II (～1980) • Stainless steel wall 350 ℃ • Mo limiter • Surfaces covered with oxide H, H+ → wall surface → deoxidation → plasma contamination Gipps’ Free Energy (kcal/mol) B2O/B2O3 304/298 BeO 144 TiO/TiO2 125/360 Li2O/Li2O3 140/450 CrO2 139 FeO 65 NiO 57 2008年3月21日 H 2O ECR + Pump （discharge cleaning） (2.45 GHz microwave + 875 G） History of PSI Research N. Noda 4/58 Effect of Discharge Cleaning before and after DC in JIPP T-II a: 350 ℃ baking b: ECRDC 5hrs （room temp.） c: ECRDC+TDC+ 350 ℃ baking 75hrs 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 5/58 Tayler Discharge Cleaning (TDC) 120 Hz plasma discharges With primary winding 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 6/58 Mechanism & Quantitative Discussion H2O生成，壁付着，排気 の競争過程 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 7/58 Effect of Titanium Gettering 2008年3月21日 History of PSI Research 1980 N. Noda 8/58 Wall conditioning in CHS 1988 - 90 JNM (1990) Conditioning on a virgin device H reduction with He-GDC 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 9/58 炭素壁 Carbonization －TEXTOR Collaboration in 1985－ with methane glow discharge In-situ measurement 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 10/58 Japan/Jülich Collab. on Carbonization presented in 7th PSI Conf. at Princeton in 1986 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 11/58 JJAP 1986 JIPP/ICR plasmas w/wo Carboniz. 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 12/58 Heliotron E 装置 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 13/58 A. Iiyoshi et al., PRL(1982) - Currentless discharge - 86.4 ～ 88.3 Kyoto University 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 14/58 カーボニゼーションの Heliotron E 適用 presented in 8th PSI Conf. at Jülich, 1988 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 15/58 Carbonization in Heliotron E presented in 8th PSI Conf. at Jülich, 1988 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 16/58 Heliotron-E ＩＣＲ実験 1986 IAEA Conf. Kyoto Sustained with RF only 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 17/58 炭素材の壁への利用 March 1987 Heliotron E Graphite divertor NBI beam dump with CC composite 1990 CHS 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 18/58 R & D for LHD wall Basic Experiments on boronization 1991-1998 SUrface mod. Test-stand K. Tsuzuki, A. Sagara et al. JNM 256 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 20/58 ACT Active Cooling Teststand High heat flux test 1991 ～ With electron beam test of small mockups 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 21/58 Mystery ? Surprise ? 1991 Albuquerque Visit to Sandia National Laboratory Number plate of the Car (Rental) LHD !! 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 22/58 Development of the helical divertor 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 23/58 Before experiment 2008年3月21日 July 1999 History of PSI Research N. Noda 24/58 Iron impurity decreased after carbon divertor installation, but gradually recovered iron lines wavelength time Impurity line intensities w/o (top) and with (bottom) carbon divertor after Kuninori Sato 2008年3月21日 Change in Fe XVI during the ’99 Exp. after Shigeru Morita History of PSI Research N. Noda 25/58 July 1999 2008年3月21日 March 2000 History of PSI Research N. Noda 26/58 Inside view of the Vacuum vessel V/V cooling channels First Wall Panels (SS) Mo Protector Tangential Port Trace of Divertor Leg Divertor cooling pipe Carbon Divertor Tiles 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 27/58 Analyzed tile at tangential port Tangential Port Incident flux close to perpendicular (28 ) Divertor Footprint (analyzed tile) 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 28/58 Footprint on legs on divertor plates 15th PSI at Gifu Invited talk with prof. Sagara May 2002 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 29/58 Development of Long-pulse discharges with NBI 0.5 - 1 MW 1998 w/o carbon divertor, 1.5 T 1999 full carbon divertor, 2.75 T Outgas B.L. breathing FW generator 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 30/58 LHD実験風景 2008年3月21日 「1st Shot への道」 History of PSI Research NIFS 製作ビデオより N. Noda 31/58 Heliotron-E ＩＣＲ実験 IAEA 国際会議 （1986 京都） 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 32/58 Density/impurity control in long discharge Parameters of #26191 & 26195 in LHD VUV data by S. Morita 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 33/58 PSI Conf. & TEXTOR Collab. PSI 国際会議 Member of the Program Committee 1987 – 2003 （１７years） TEXTOR Executive Committee 1990 – 2007 （１８ years） High Z (Tungsten etc.) studies In- vessel measurement of tritium 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 34/58 - Tungsten as PFM ? We approach 10 keV Erosion resistant materials are important toward long-pulse steadystate operations We should reconsider High Z Campaign 2008年3月21日 89 ~ 98 History of PSI Research N. Noda 35/58 ＰＬＴ W limiter 実験 電子温度分布 1978年頃 Hollow Te(r) → 炭素 limiter “PLT syndrome ?” NG tungsten !! 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 36/58 We proposed W limiter Exp. in TEXTOR • Serious discussion continues in EC (1990 -1992) • Invited talk by Tanabe In 10th PSI Conf. at Monterey 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 37/58 Invited paper in 10th PSI conf., March 1992, Monterey 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 38/58 日本の主張 • Achieving 10 kev • Steady-state is the next target Reconsideration of the wall materials is needed • W is attractive because of its possible low erosion rate 2008年3月21日 • no data on tungsten !! History of PSI Research N. Noda 39/58 重金属（タングステン W，モリブデン Mo） TEXTOR での実験を提案 • 国内研究者の議論 1989 に開始 核融合研発足の年 (目的, 課題, 計画) • 国際執行委員会での厳しい討論 (1990 -1992) • Finaly approved just before a long brake 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 40/58 ＴＥＸＴＯＲにおける高Ｚリミター実験 1992年１１月実験開始（IEA TEXTOR協定） 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 41/58 ＴＥＸＴＯＲ真空容器内部写真 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 42/58 Impact of high Z limiter Results in TEXTOR Conditions of deterioration are existing Conditions of nodeterioration are existing 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 43/58 Impact of high Z limiter Results in TEXTOR • Reproduceable of the PLT catastrophy • But possible without catastrophy 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 44/58 Impact of Ne injection 中心付近のモリブデンの放射強度増加の原因 発生源ではなく，プラズマ中の輸送 1 ni 1 nz ni r Z nz r Mo XXXI の増加 Mo influx - - - no change ↓ Ueda et al./ PSI11th PSI 2008年3月21日 History of PSI Research 1994.5 N. Noda 45/58 Oral Paper in 11th PSI conf. May 1994, Mito 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 46/58 Impact of high Z limiter ASDEX-Upgrade Laser blow-off exp. • Degradation happens occasionally • Large operation area without deterioration 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 47/58 What important are • TEXTOR実験（’92.11), Ueda/11thPSI (’94.5), ITER changed its design policy, adoption of high Z (’94.11) • PSI 国際会議，TEXTOR共同研究 Japanese Univ. group released people from Taboo (禁忌) Tungsten is not good for plasmas. Even 1g tungsten should not be put in. • We didn’t say “tungsten is ideal • We have data and experiences for carbon but not for tungsten • Outside ITER umbrella (free from ITER constraint), We could give a big impact upon the ITER project before that the ITER choice had been “all Be Wall”) • Chinese group joined to the PSI through this campaign 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 48/58 Number of papers on W JNM & NF (x2) 80 70 JNM NF 60 Papers on TEXTOR in 1994 Y. Ueda et al., 11th PSI (Mito) V. Philipps et al., NF 34 (1994) 50 40 30 in 1992, Review talk by T. Tanabe et al., 10th PSI (Monterey) First Exp. On Mo in TEXTOR 20 10 0 1960 2008年3月21日 1970 1980 1990 History of PSI Research 2000 2010 N. Noda 49/58 高Z壁研究 JNM (1997) started in China 第12回 PSI 国際会議 1996 年 st. Raphael China came back to the PSI conf. 李建剛先生 Oral paper in 12th PSI 2006 年 合肥で第17回 PSI 国際会議 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 50/58 High Z (Tungsten) Campaign in PSI Conf. Tanabe, 10th Ueda, 11th Noda, 12th Yoshida, 13th 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 51/58 真空容器内部のＴｒｉｔｉｕｍを測ろう！ １９９８ ～ 2 ideas in Japanese University • • Imaging Plate (IP) (Tanabe) Beta-Induces X-ray Spectroscopy (BIXS) (Matsuyama) Established with tiles after TEXTOR DD その後 JET afterwards Tiles of JET DT実験 Tiles of JT-60U DD 実験 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 52/58 Imaging Plate 法によるtritium 分布測定 （TEXTOR／DD実験後，1999 年，with Tanabe） 再堆積領域 再堆積層の表面を除去 左は黒鉛タイルの写真，中央はイメージングプレートによるトリチウム 分布測定結果。損耗部はほぼ均一な分布，炭素再堆積領域表面のト リチウムは少ない，右は再堆積層の 表面を削り取って調べた分布。 再堆積層内部のトリチウム存在を示す。 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 53/58 Method of BIXS Beta-ray Induced X-ray Spectroscopy after M. Matsuyama T at top surface detected by characteristic X-ray of Ar at sub-surfece mixture of char. & brems. T in depth detected by bremsstrahrung X-ray by C 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 54/58 Spectrum for a DTE1 tile After M. Matsuyama Max. 214 MBq/cm2 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 55/58 Karlsruhe におけるトリチウム計測実験 2003 年 3月 出 演 松山政夫 先生 鳥養祐二 先生 （富山大学） （富山大学） Manfred Glugla 先生 （Tritium Lab. Karlsruhe) Walter Nägele 先生 (Inst. Material Studies Karlsruhe) 撮 影 2008年3月21日 History of PSI Research 野田信明 N. Noda 56/58 Karlsruhe におけるトリチウム計測実験 2008年3月21日 History of PSI Research 2003 年 3月 N. Noda 57/58 Summary • PSI studies are in progress helping high performance core in 1980s mainly with low Z wall • For steady state re-consideration has been needed Japanese university group promoted the study on high Z materials since 1990 • A lot of data have been accumulated, but not yet conclusive • Tritium measurement and studies are critical and interesting 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 58/58 Summary (cont.) • Japan-China PSI collab. started in 1994 • 1st work was high Z exp. on HT-6M • Soon developed into wider area, such as doped graphite, boronization etc. Japan & China have established a good partnership ! 謝々 李建剛先生& ASIPP Wishing further progress and success ! Thank you for your attention ! 2008年3月21日 History of PSI Research N. Noda 59/58
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