Development of evaluation methods for ion/electron temperature fluctuation and fluctuation-driven heat flux in plasma
| Project/Area Number |
20J12625
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
河内 裕一 九州大学, 総合理工学府, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | プラズマ乱流 / 輸送 / 静電プローブ計測 / 非線形相互作用 / イオンセンシティブプローブ / イオン温度揺動 / 電子温度揺動 / 条件付き抽出法 |
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| Outline of Research at the Start |
核融合装置では高温のプラズマを磁場で閉じ込めるため，イオン・電子の熱輸送特性の理解が重要である．プラズマ中ではプラズマ中で励起される温度揺らぎは電場の揺らぎと結合して熱輸送を駆動することがわかってきている．しかし，イオン・電子温度揺動の計測が困難なために，揺動が駆動する熱輸送の実験における直接的な観測例はない．本研究では，イオン・電子温度揺動観測へ向けた新規計測手法の開発を行うことを目的とする．
直線プラズマ装置でイオン温度を計測し，新規解析手法によりイオン・電子温度揺動を観測する．さらに温度揺動と電場揺動を同時観測し揺動が駆動する熱輸送の観測を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までは、信号・ノイズ比及び時間分解能を改善する揺動テンプレート法を開発し電子温度揺動の観測に成功した。本年度はこれを踏まえて、①電子温度揺動がプローブ計測に与える影響の調査、②イオン温度計測に向けたプローブ及びレーザー誘起蛍光法(LIF)の適用、③揺動テンプレート法を応用した揺動間の非線形エネルギー移送ダイナミクスを行なった。
①静電プローブ計測では、イオン飽和電流から電子密度を、浮遊電位からプラズマ電位を求める。本来は電子温度の効果が入ってくるが、従来が電子温度揺動は無視できるとされていた。本研究では、実際に評価した電子温度揺動をもとにこれが密度・電位揺動計測にどのような影響を与えるか解析した。その結果、密度揺動計測への電子温度揺動の影響は無視できる一方で、電位揺動計測へは位相を反転させるほど大きい影響を与えることが明らかになった。これらの成果は、揺動駆動熱輸送を評価する上で重要な情報である。
②揺動が駆動するイオン熱輸送を評価するためには、イオン温度揺動の計測が不可欠である。この課題では、イオン温度計測へ向けたメッシュ付きイオンセンシティブプローブの開発及びLIFによるイオン温度推定を行なった。イオンセンシティブプローブについては、メッシュによる空間電荷効果の除去を狙いイオン電流を制限することに成功した。一方で異常な電子電流が流れたため、正確なイオン温度計測にはさらなる改善が必要であることが明らかになった。LIFについては、解析手法にベイズ推定を取り入れた新手法を適用し、ベイズ推定によるモデル選択を考慮したイオン温度推定法を確立した。
③本研究で開発した揺動テンプレート法はデータ解析手法にも適用可能である。揺動テンプレート法を時間分解能の悪い計測である非線形エネルギー移送解析に適用し、間欠的な揺動間の競合に伴う非線形エネルギー移送ダイナミクスを発見した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
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[Presentation] Dynamic interaction between two different types of fluctuations synchronizing with low frequency potential fluctuation in PANTA2021
Author(s)
Y. Kawachi, S. Inagaki, M. Sasaki, Y. Kosuga, T. Kobayashi, K. Yamasaki T. Yamada, F. Kin, Y. Nagashima, C. Moon, H. Arakawa N. Kasuya,and A. Fujisawa
Organizer
8th Asia-Pacific Transport Working Group International Conference
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Author(s)
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Organizer
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