Controlling of Flow and Particle Flux in Linear Turbulent Plasma Machine

• Project/Area Number: 16J00560
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plasma science
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 金 史良 九州大学, 総合理工学府, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: プラズマ / 乱流 / 粒子輸送 / 非線形結合 / 対流砲 / 直線磁場装置 / プローブ計測 / ソリトン / プラズマ乱流 / 輸送の干渉 / 電極バイアス

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、直線磁化プラズマにおいて粒子輸送と流れ場の同時観測からその因果関係を理解し、輸送の制御を目指している。実験は九州大学の直線プラズマ実験装置(PANTA)を用いて行い、1)粒子輸送と流れ場構造の同時計測可能なプローブを開発し、2)バイアス実験などで流れ場に摂動を与え、3)流れ場構造と粒子輸送の因果関係を明らかにする、という研究方法を展開する。
本年度は研究の最終年度であり、昨年度までに導入したプローブ群を用いて磁場強度スキャン実験やバイアス実験などを進め、乱流が励起する流れ場構造の一種であるストリーマに関して、主に3つの成果をあげることに成功した。1つ目は、畳み込み抽出法という乱流の統計的性質を抽出する方法を開発し、ストリーマが「波の尖度が振幅の1/2乗に比例する」というソリトンとしての性質を持つことを明らかにした。非線形結合による流れ場構造の局在化を初めて見出した。２つ目は、ストリーマと粒子輸送の時空間構造を同時観測し、ストリーマの出現に伴う弾道的な粒子輸送を観測した。通常の乱流輸送に比べ10倍以上早い輸送であることや、大きな輸送量が発生する確率は冪則に従っていることなどを明らかにし、核融合研究において「ストリーマの出現により輸送が促進され閉じ込めが劣化する」ということを初めて実験的に示した。３つ目は、ストリーマと同時に、同じく流れ場構造の一種である帯状流が乱流を介して競合していることを明らかにした。これまでは、ストリーマと帯状流はそれぞれが乱流によって駆動され、互いに独立に観測されていたが、本観測で乱流・ストリーマ・帯状流の３者問題としての議論により流れ場形成の選択即の理解に繋がる成果が得られた。
以上まとめると、研究目的である粒子輸送と流れ場構造の因果関係の解明に加え、流れ場構造の局在化やその形成の競合過程など、多くの成果をあげることができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マックスプランクプラズマ物理研究所(ドイツ)
• [Journal Article] Observations of radially elongated particle flux induced by streamer in a linear magnetized plasma (2019)
  • Author(s): F. Kin, A. Fujisawa, K. Itoh, Y. Kosuga, M. Sasaki, S. Inagaki, Y. Nagashima, T. Yamada, N. Kasuya, K. Yamasaki, K. Hasamada, B. Y. Zhang, Y. Kawachi, H. Arakawa, T. Kobayashi, S.-I. Itoh
  • Journal Title: Physics of Plasmas Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of Spatiotemporal Structure of Fluctuations by Statistical Averaging Method (2018)
  • Author(s): KAWACHI Yuichi、INAGAKI Sigeru、TOMITA Kentaro、YAMASAKI Kotaro、KIN Fumiyoshi、KOSUGA Yusuke、SASAKI Makoto、NAGASHIMA Yoshihiko、KASUYA Naohiro、HASAMADA Kazunobu、ZHANG Boyu、FUJISAWA Akihide
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 13 Issue: 0 Pages: 3401105-3401105
  • DOI: 10.1585/pfr.13.3401105
  • NAID: 130007486343
  • ISSN: 1880-6821
  • Year and Date: 2018-08-27
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extraction of nonlinear waveform in turbulent plasma (2018)
  • Author(s): Kin F.、Itoh K.、Fujisawa A.、Kosuga Y.、Sasaki M.、Yamada T.、Inagaki S.、Itoh S.-I.、Kobayashi T.、Nagashima Y.、Kasuya N.、Arakawa H.、Yamasaki K.、Hasamada K.
  • Journal Title: Physics of Plasmas Volume: 25 Issue: 6 Pages: 062304-062304
  • DOI: 10.1063/1.5027124
  • NAID: 130006711929
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison between I-mode and I-phase bursts in ASDEX Upgrade (2018)
  • Author(s): F. Kin, G. Birkenmeier, T. Happel, J. Pinzon, P. Hennequin, U. Stroth, S-I. Itoh, K. Itoh, S. Inagaki, T. Kobayashi and the ASDEX Upgrade-Team
  • Journal Title: Max Planck Institute for Plasma Physics, Max Planck Society Volume: IPP 2018-07
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparison between I-mode and I-phase bursts in ASDEX Upgrade (2018)
  • Author(s): F. Kin, G. Birkenmeier, T. Happel, J. Pinzon, P. Hennequin, U. Stroth, S.-I. Itoh, K. Itoh, S.Inagaki, T. Kobayashi, ASDEX Upgrade Team
  • Journal Title: IPP-Report Volume: 2018-07 Pages: 1-12
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-Dimensional Structure of the Streamer in Linear Plasmas (2018)
  • Author(s): Yamada Takuma、Inagaki Shigeru、Sasaki Makoto、Nagashima Yoshihiko、Kin Fumiyoshi、Arakawa Hiroyuki、Kobayashi Tatsuya、Yamasaki Kotaro、Kasuya Naohiro、Kosuga Yusuke、Fujisawa Akihide、Itoh Kimitaka、Itoh Sanae-I.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 87 Issue: 3 Pages: 034501-034501
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.034501
  • NAID: 210000134734
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nonlinear Coupling of Drift Waves and High Frequency Fluctuation on PANTA (2017)
  • Author(s): HASAMADA Kazunobu、KOSUGA Yusuke、KIN Fumiyoshi、INAGAKI Sigeru、NAGASHIMA Yoshihiko、KOBAYASHI Tatsuya、SASAKI Makoto、KASUYA Naohiro、YAMASAKI Kotaro、ITOH Sanae-I.、ITOH Kimitaka、FUJISAWA Akihide
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 12 Issue: 0 Pages: 1201034-1201034
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1201034
  • NAID: 130006191010
  • ISSN: 1880-6821
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coexistence of Drift Waves and D'Angelo Modes at Different Position and Frequency in Linear Plasma Device (2017)
  • Author(s): N.Dupertuis, S.Inagaki, Y.Nagashima, Y.Kosuga, F.Kin, T.Kobayashi, N.Kasuya, M.Sasaki, A.Fujisawa, M.Q.Tran, S.-I.Itoh, and K.Itoh
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 12 Issue: 0 Pages: 1201008-1201008
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1201008
  • NAID: 130006897719
  • ISSN: 1880-6821
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phenomenological classification of turbulence states in linear magnetized plasma PANTA (2017)
  • Author(s): T. Kobayashi, S. Inagaki, M. Sasaki, Y. Kosuga, H. Arakawa, F. Kin, T. Yamada, Y. Nagashima, N. Kasuya, A. Fujisawa, S.-I. Itoh, and K. Itoh
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Changes of Particle Flux during End-Plate Biasing Experiment in PANTA (2016)
  • Author(s): F. Kin, T. Yamada, S. Inagaki, Y. Nagashima, H. Arakawa, T. Kobayashi, Y. Miwa, N. Kasuya, M. Sasaki, Y. Kosuga, A. Fujisawa, K. Itoh, and S.-I. Itoh
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 85 Issue: 9 Pages: 093501-093501
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.093501
  • NAID: 210000134065
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Improvement of the Reynolds Stress Probe for End-Plate Biasing Experiments in a Cylindrical Laboratory Plasma (2016)
  • Author(s): T. Kanzaki, Y. Nagashima, S. Inagaki, F. Kin, Y. Miwa, M. Sasaki, T. Yamada, A. Fujisawa, T. Kobayashi, N. Kasuya, Y. Kosuga, S.-I. Itoh and K. Itoh
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 11 Issue: 0 Pages: 1201091-1201091
  • DOI: 10.1585/pfr.11.1201091
  • NAID: 130005311663
  • ISSN: 1880-6821
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] PANTAにおけるフルート型揺動の電位構造の観測 (2019)
  • Author(s): 金史良、藤澤彰英、永島芳彦、稲垣滋、佐々木真、小菅佑輔、山崎広太郎、狹間田一誠、山田琢磨、糟谷直宏、荒川弘之、小林達哉、伊藤公孝、伊藤早苗
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] PANTAにおけるゾーナルフローとストリーマの同時観測 (2019)
  • Author(s): 金史良
  • Organizer: 若手研究者によるプラズマ研究会
• [Presentation] PANTAにおけるストリーマに伴う輸送パターンの観測 (2018)
  • Author(s): 金史良、藤澤彰英、伊藤公孝、小菅佑輔、永島芳彦、稲垣滋、佐々木真、山田琢磨、糟谷直宏、山崎広太郎、狹間田一誠、河内裕一、荒川弘之、小林達哉、伊藤早苗
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第35回年次大会
• [Presentation] Two-dimensional structure of nonlinear waves in linear magnetized plasmas (2018)
  • Author(s): F. Kin, A. Fujisawa, K. Itoh, Y. Kosuga, M. Sasaki, T. Yamada, S. Inagaki, S.-I. Itoh, Y. Nagashima, T. Kobayashi, N. Kasuya, H. Arakawa, K. Yamasaki, K. Hasamada
  • Organizer: Electric Fields, Turbulence and Self-Organization in Magnetized Plasmas Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nonlinear characteristics of mediator and streamer in linear magnetized plasmas (2018)
  • Author(s): F. Kin, A. Fujisawa, K. Itoh, Y. Kosuga, M. Sasaki, T. Yamada, S. Inagaki, S.-I. Itoh, T. obayashi, Y. Nagashima, N. Kasuya, H. Arakawa, K. Yamasaki, K. Hasamad
  • Organizer: 45th European Physical Society Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PANTAにおけるバイアス実験時の乱流応答の観測 (2018)
  • Author(s): 金史良、藤澤彰英、永島芳彦、稲垣滋、佐々木真、小菅祐輔、山崎広太郎、狹間田一誠、山田琢磨、糟谷直宏、荒川弘之、小林達哉、伊藤公孝、伊藤早苗
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
• [Presentation] End-plate biasing experiment in PANTA (2018)
  • Author(s): F. Kin
  • Organizer: Japan-China Joint Data Analysis Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 直線乱流プラズマにおける非線形波の抽出 (2017)
  • Author(s): 金史良, 伊藤公孝, 小菅佑輔, 稲垣滋, 伊藤早苗, 永島芳彦, 小林達哉, 山田琢磨, 佐々木真, 山崎広太郎, 狹間田一誠, 荒川弘之, 糟谷直宏, 藤澤彰英
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 乱流プラズマにおける非線形波の2次元構造の抽出 (2017)
  • Author(s): 金史良、伊藤公孝、藤澤彰英、小菅祐輔、稲垣滋、伊藤早苗、荒川弘之、小林達哉、永島芳彦、山田琢磨、佐々木真、糟谷直宏、山崎広太郎、狹間田一誠
  • Organizer: Plasma Conference 2017
• [Presentation] Extraction of nonlinear waveform in turbulent plasma (2017)
  • Author(s): F. Kin, K. Itoh, Y. Kosuga, S. Inagaki, S.-I. Itoh, Y. Nagashima, T. Kobayashi, T. Yamada, M. Sasaki, K. Yamasaki, K. Hasamada, H. Arakawa, N. Kasuya, A. Fujisawa
  • Organizer: 7th Asia Pacific Transport Working Group Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PANTAにおけるストリーマの形成条件 (2016)
  • Author(s): 金史良, 稲垣滋, 山田琢磨, 小林達哉, 永島芳彦, 山崎広太郎, 狹間田一誠, 佐々木真, 小菅祐輔, 荒川弘之, 糟谷直宏, 藤澤彰英, 伊藤公孝, 伊藤早苗
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Phase relation between Density and Potential fluctuations in Streamer (2016)
  • Author(s): F.Kin, S.Inagaki, T.Yamade, T.Kobayashi, Y.Nagashima, K. Yamasaki, K. Hasamada, H.Arakawa, N.Kasuya, M.Sasaki, Y.Kosuga, A.Fujisawa, K.Itoh, S.-I. Itoh
  • Organizer: 6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, Astrophysical Plasmas
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2016-07-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Operational region of Streamer formation in PANTA (2016)
  • Author(s): F.Kin, S.Inagaki, T.Yamade, T.Kobayashi, Y.Nagashima, K. Yamasaki, K. Hasamada, H.Arakawa, N.Kasuya, M.Sasaki, Y.Kosuga, A.Fujisawa, K.Itoh, S.-I. Itoh
  • Organizer: The 6th Asia-Pacific Transport Working Group Meeting
  • Place of Presentation: Korea University, Korea
  • Year and Date: 2016-06-21
  • Int'l Joint Research