In this paper we present the fusion related activities of the Plasma Physics Division at the Ioffe Institute. The first experiments on lower hybrid current drive (LHCD) in a spherical tokamak performed at the Globus-M tokamak (R = 0.36 m, a = 0.24 m, Bt = 0.4 T, Ip = 200 kA) with a novel poloidally oriented grill resulted in an RF driven current of up to 30 kA at (100 kW, 2.5 GHz), exceeding the modelling predictions. At the FT-2 tokamak (R = 0.56 m, a = 0.08 m, Bt = 3 T, Ip = 30 kA) experiments with a traditional toroidally oriented grill revealed no strong dependence of the LHCD density limit on the H/D ratio in spite of LH resonance densities differing by a factor of 3. Microwave Doppler reflectometry (DR) at the Globus-M, and DR and heavy ion beam probe measurements at the tokamak TUMAN-3M (R = 0.53 m, a = 0.24 m, Bt = 1.0 T, Ip = 190 kA) demonstrated geodesic acoustic mode (GAM) suppression at the L to H transition. Observations at FT-2 using Doppler Enhanced Scattering showed that the GAM amplitude is anti-correlated both spatially and temporally to the drift turbulence level and electron thermal diffusivity. For the first time turbulence amplitude modulation at the GAM frequency was found both experimentally and in global gyrokinetic modelling. A model of the L–H transition is proposed based on this effect. The loss mechanisms of energetic ions' (EI) were investigated in the neutral beam injection (NBI) experiments on Globus-M and TUMAN-3M. Empirical scaling of the 2.45 MeV DD neutron rate for the two devices shows a strong dependence on toroidal field and plasma current justifying the Bt and Ip increase by a factor of 2.5 for the proposed upgrade of Globus-M. Bursts of ∼1 MHz Alfvenic type oscillations correlating with sawtooth crashes were observed in ohmic TUMAN-3M discharges. The possibility of low threshold parametric excitation of Bernstein and upper hybrid waves trapped in drift-wave eddies resulting in anomalous absorption in electron cyclotron resonance heating (ECRH) experiments in toroidal plasmas was identified theoretically. A novel method of radial correlation Doppler reflectometry is shown to be capable of measuring the turbulence wave-number spectrum in realistic 2D geometry. On the progress in design and fabrication of three diagnostics for ITER developed in the Ioffe institute is reported: neutral particle analysis, divertor Thomson scattering and gamma spectroscopy.
本論文では、イオフエ研究所におけるプラズマ物理学部門の核融合関連活動について述べる。球状トカマクであるGlobus-Mトカマク（R = 0.36 m、a = 0.24 m、Bt = 0.4 T、Ip = 200 kA）において、新規のポロイダル方向配向グリルを用いて実施された低域混成波電流駆動（LHCD）の最初の実験では、(100 kW、2.5 GHz) において最大30 kAのRF駆動電流が得られ、モデリング予測を上回った。FT-2トカマク（R = 0.56 m、a = 0.08 m、Bt = 3 T、Ip = 30 kA）では、従来のトロイダル方向配向グリルを用いた実験により、LH共鳴密度が3倍異なるにもかかわらず、LHCD密度限界のH/D比への明確な依存性は見られなかった。Globus-Mでのマイクロ波ドップラー反射測定（DR）、ならびにTUMAN-3Mトカマク（R = 0.53 m、a = 0.24 m、Bt = 1.0 T、Ip = 190 kA）でのDRおよび重イオンビームプローブ測定により、L-H遷移における測地音響モード（GAM）の抑制が実証された。FT-2でのドップラー増強散乱を用いた観測では、GAM振幅が乱流揺動レベルおよび電子熱拡散係数と空間的・時間的に逆相関することが示された。GAM周波数での乱流振幅変調が、実験的にも大域的ジャイロ運動論的モデリングにおいても初めて見出された。この効果に基づいてL-H遷移のモデルが提案されている。Globus-MおよびTUMAN-3Mの中性粒子ビーム入射（NBI）実験では、高エネルギーイオン（EI）の損失機構が調査された。2つの装置における2.45 MeV DD中性子生成率の経験的スケーリングは、トロイダル磁場とプラズマ電流に強く依存し、Globus-Mの提案されたアップグレードにおけるBtおよびIpの2.5倍の増加を正当化するものである。オーミック加熱TUMAN-3M放電では、鋸歯状振動のクラッシュと相関する約1 MHzのアルフベン型振動のバーストが観測された。トロイダルプラズマにおける電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）実験において、ドリフト波渦に捕捉されたバーンスタイン波および上部混成波の低閾値パラメトリック励起が異常吸収をもたらす可能性が理論的に特定された。動径相関ドップラー反射測定の新規手法が、現実的な2次元形状において乱流波数スペクトルを測定できることが示された。イオフエ研究所で開発されたITER用3つの計測器、すなわち中性粒子分析、ダイバータ・トムソン散乱、ガンマ線分光の設計・製作の進捗について報告する。