能動制御を用いた超高ベータ球状トーラス配位の生成・維持

• Project/Area Number: 14J08028
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 神納 康宏 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 磁場反転配位 / スフェロマック / プラズマ合体 / 磁気リコネクション / MHD / プラズマ / 中性粒子ビーム入射 / 二流体効果

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は主に数値シミュレーションにより磁場反転配位(FRC)生成過程である異極性合体プロセスの素過程の解明に取り組んだ。超高ベータ球状トカマク生成の元となるFRCは”異極性スフェロマック合体法”によって生成されるが，その合体の素過程には磁気リコネクションを含み，また合体法では非MHD効果であるHall効果の空間特性長であるイオン慣性長がプラズマ配位のサイズ(プラズマ小半径)に比べ無視できないという特徴がある。本年度の研究では異極性合体におけるHall効果に関してHall-MHDシミュレーションにより検証を行った。平成27年度に開発を行った2次元/3次元Hall-MHDコードを核融合科学研究所のスーパーコンピュータ(プラズマシミュレータ)での実行に適したMPI並列化などを施し，空間的に高解像度でのシミュレーションを行うことで合体プラズマ全体の大域的構造と磁気リコネクションの微細構造を同時に解いた。2次元Hall-MHDシミュレーションでは異極性合体において電場におけるHall項の発生領域がリコネクション上流側ではおよそイオン慣性長のスケールであり，リコネクション下流側ではイオン慣性長より十分に大きいスケールで分布していることが明らかになった。また，Hall効果による配位全体の物理量の分布の形成に関してもHall効果が大域的な寄与をすることがわかった。
他，3次元効果に関しても検証を行い，異極性合体中の3次元性の不安定がMHDとHall-MHDで定量的のも定性的にも発現の仕方が異なることを明らかにした。以上の成果を学会発表，論文誌として本年度は発表した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Numerical study of Hall effects on counter-helicity spheromak merging by two-dimensional Hall-MHD simulations (2017)
  • Author(s): Y. Kaminou, M. Inomoto, Y. Ono and R. Horiuchi
  • Journal Title: Physics of Plasmas Volume: 24 Issue: 3 Pages: 032508-032508
  • DOI: 10.1063/1.4978785
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental Study of Hall Effect on a Formation Process of an FRC by Counter-helicity Spheromak Merging in TS-4 (2016)
  • Author(s): Yasuhiro Kaminou, Michiaki Inomoto, Yasushi Ono
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 11 Pages: 2401052-2401056
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Non-MHD Effect on Merging Formation Process of Field-Reversed Configuration in Weakly Magnetized Region (2014)
  • Author(s): 神納康宏，井上静雄，井通暁，小野靖
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Volume: 134 Issue: 9 Pages: 487-492
  • DOI: 10.1541/ieejfms.134.487
  • NAID: 130004684881
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 異極性スフェロマック合体による磁場反転配位形成過程におけるHall 効果 (2016)
  • Author(s): 神納康宏, 矢内亮馬, 西田賢人, 井通暁, 小野靖, 堀内利得
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第33回年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] Hall effect on flow structure in counter-helicity spheromak merging (2016)
  • Author(s): Yasuhiro Kaminou, Michiaki Inomoto, Yasushi Ono, Ritoku Horiuchi
  • Organizer: US-Japan CT Workshop
  • Place of Presentation: Irvine, CA, USA
  • Year and Date: 2016-08-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 異極性スフェロマック合体におけるHall効果 (2015)
  • Author(s): 神納康宏，井通暁，小野靖
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第32回年会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市，名古屋大学
  • Year and Date: 2015-11-24
• [Presentation] Experimental and Numerical Studies of Hall effect on Merging Formation Process of a Field-Reversed Configuration (2015)
  • Author(s): Yasuhiro Kaminou, Xuehan Guo, Inomoto Michiaki, Yasushi Ono
  • Organizer: 25th International Toki Conference
  • Place of Presentation: 岐阜県土岐市，セラトピア土岐
  • Year and Date: 2015-11-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 2D Hall-MHD simulation of counter-helicity spheromak merging (2015)
  • Author(s): Yasuhiro Kaminou, Michiaki Inomoto, Yasushi Ono
  • Organizer: US-Japan CT Workshop
  • Place of Presentation: 東京都，東武ホテルレバント東京
  • Year and Date: 2015-09-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 合体加熱とトロイダル磁場立ち上げを用いた超高ベータ球状トカマク生成実験 (2014)
  • Author(s): 神納康宏,伊井亨,加藤城治,井通暁,小野靖
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第 31 回年会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [Presentation] High-beta Spherical Tokamak Startup in TS-4 Merging Experiment (2014)
  • Author(s): Y. Kaminou, T. Ii, J. Kato,M. Inomoto, and Y. Ono
  • Organizer: 56th annual meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • Place of Presentation: 米国ニューオリンズ市
  • Year and Date: 2014-10-27 – 2014-10-31
• [Presentation] 異極性スフェロマック合体法による磁場反転配位生成過程における非MHD 効果の実験検証 (2014)
  • Author(s): 神納康宏，井上静雄，加藤城治，井通暁，小野靖
  • Organizer: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] Formation of Asymmetric Reconnection Outflow Pattern in Counter-helicity Flux Tube Merging (2014)
  • Author(s): Y. Kaminou, S. Inoue,J. Kato,M. Inomoto, and Y. Ono
  • Organizer: US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-05-20 – 2014-05-23