Fast ion heating and plasmoid reconection driven by magnetic helicity injection
| Project/Area Number |
19K03785
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
永田 正義 兵庫県立大学, 工学研究科, 特任教授(名誉教授) (00192237)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00433326)
神吉 隆司 海上保安大学校(国際海洋政策研究センター), 国際海洋政策研究センター, 教授 (40524468)
福本 直之 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90275305)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 同軸ヘリシティ入射 / プラズモイド磁気リコネクション / 球状トーラス / イオン加熱 / 磁気リコネクション / プラズモイド不安定性 / 磁気ヘリシティ入射 / 磁化同軸プラズマガン / 磁気ヘリシティ / プラズモイド / 高速イオン加熱 |
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| Outline of Research at the Start |
高ベータな球状トーラス核融合プラズマ実験装置を使ったプラズマ科学への展開として、独自技術である同軸ヘリシティ入射 (Coaxial Helicity Injection : CHI)を用いたプラズモイド乱流型磁気リコネクション過程の解明とその爆発的なエネルギー解放機構を利用したプラズマ加熱を実現する。
磁化同軸プラズマガンを利用した磁気ヘリシティ（磁束管の絡み）をもつ磁化プラズマ入射は自己組織化の構造形成の宝庫でもある。そのため、本研究では、CHI過程で発現する磁気リコネクション、ダイナモ、流れと渦構造、2流体緩和、電場と回転など多彩な非線形プラズマ現象について探求を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
球状トーラス(ST) HIST装置では、同軸ヘリシティ入射(CHI)法によって生成したST配位プラズマにおいて、自己組織化、磁気リコネクション、MHD緩和、乱流、2流体フロー平衡等について調べている。特に、プラズモイドが介在する磁気リコネクションについて独創的な実験データが得られ、イオンの異常加熱について解析を行っている。HIST装置で得られた成果のレヴューについて、コロナ後に全面的に対面で開催された2022年米国物理学会プラズマ物理分科会（APS）およびプラズマ核融合学会（富山県）において発表を行った。
その成果の内容は、以下の通りである。
我々は、CHI生成STプラズマにおいて、伸長された電流シートの中で観測された周期的な磁気揺動に着目し、プラズモイド駆動リコネクションの検証を行った。ドップラーイオン温度分光計測の結果の詳細な解析によって、磁気リコネクションによるイオン加熱に関連する新規なデータが得られた。大きなフロー揺動があるプラズマ入射の初期の時間帯だけでなく、上記のプラズモイド振動波形観測れる時間帯で合体と分裂のリコネクションが繰り返される過程でイオン加熱の増幅が確認された。
さらに、今回初めて、中心導体付近のオープンコラム領域の高密度プラズマがその周辺のシアフローによって磁気揺動が安定化されることを実験結果から示し、中心導体を重力でドロップする液体金属に交換し、そこに軸方向電流を流すことでトロイダル磁場を作る手法により、将来のコンパクトでエネルギー回収と増殖が可能な核融合燃焼プラズマに発展させることが可能であることを提案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2021年3月末に定年退職となり、その後2023年3月頃までコロナウイルスによるほとんどの社会経済活動の停滞が余儀なくされたことは周知のとおりである。そのため、昨年に引き続き、大学での研究活動や共同研究者との議論も含め、研究活動が大幅に制限された。
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| Strategy for Future Research Activity |
国内外でワクチン接種の普及も伴いコロナウイルスの感染状況が低下し、2023年度はほとんどコロナ前の状況に戻りつつある。また、コロナ感染病も５類に分類され、マスクも個人の判断に任されることになった。本年度はこれまでの本研究で得られた実験データの論文化を進めると同時に、その成果を国内外で発表していく予定である。
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Report
(4 results)
Research Products
(14 results)
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[Journal Article] Improvements to the High-Field-Side Transient CHI System on QUEST2022
Author(s)
Kuroda K.、Raman R.、Hasegawa M.、Onchi T.、Hanada K.、Ono M.、Nelson B. A.、Rogers J.、Ikezoe R.、Idei H.、Ido T.、Mitarai O.、Nagata M.、Kawasaki S.、Nagata T.、Higashijima A.、Shimabukuro S.、Niiya I.、Sekiya I.、Kojima S.、Nakamura K.、Takase Y.、Murakami S.
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Journal Title
Journal of Fusion Energy
Volume: 41
Issue: 2
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Overview of coordinated spherical tokamak research in Japan2022
Author(s)
Y. Takase, A. Ejiri, T. Fujita, K. Hanada, H. Idei, M. Nagata,T. Onchi, Y. Ono, H. Tanaka, N. Tsujii, M. Uchida, K. Yasuda,H. Kasahara, S. Murakami, Y. Takeiri , Y. Todo, S. Tsuji-Iio and Y. Kamada
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 62
Related Report
Peer Reviewed
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[Presentation] QUESTにおけるT-CHIプラズマの発展磁束の解析2022
Author(s)
黒田賢剛, Roger RAMAN, 長谷川真, 恩地拓己, 花田和明, 小野雅之,西野信博, 永田正義, 池添竜也, 武田康佑, Brian A. NELSON, Thomas JARBOE, John ROGERS, 出射浩, 井戸毅, 御手洗修, 川崎昌二,永田貴大, 東島亜紀, 島袋瞬, 新谷一朗, 関谷泉,中村一男, 江尻晶,高瀬雄一, 村上定義
Organizer
日本物理学会 第77回年次大会
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