• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

速度分布関数の直接計測による磁気リコネクション現象のエネルギー変換機構の解明

Research Project

Project/Area Number 22KJ1009
Project/Area Number (Other) 22J20382 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

染谷 諒  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords核融合 / 球状トカマク / 磁気リコネクション / プラズマ計測 / ドップラー分光 / イオン流速計測 / スケーリング則
Outline of Research at the Start

本研究課題では, 磁気エネルギーがイオンのエネルギーに高速変換される磁気リコネクションにおいて, 磁気圏観測やシミュレーションにより提案されている非熱平衡状態の速度分布関数を持つイオン加速・加熱効果を, 従来イオン温度・流速計測に用いられてきたドップラー分光法を発展させた新たな計測法の開発, 本研究室の球状トカマク合体実験装置TS-6で発生させた磁気リコネクションを対象とした計測を通して検証し, イオン加速・加熱機構を明らかにすることで, 世界最大の球状トカマク合体実験装置である英国ベンチャートカマクエナジー社のST-40装置との共同実験でプラズマ合体加熱効率最大化に貢献する。

Outline of Annual Research Achievements

球状トカマク磁気リコネクションを対象に, 私が開発したドップラープローブアレイによるイオン流速1次元分布計測と磁気プローブによる磁場2次元分布計測, 静電プローブによる静電ポテンシャル2次元分布計測を行い, リコネクションに伴うイオンアウトフロー速度とイオンドリフト速度の関係を検証した。図1のように磁気プローブ, 静電プローブで計測したリコネクション下流領域における静電気力, 磁気勾配力, 磁気遠心力の面内成分を比較したところ, 静電気力が他の力に比べて1~2桁大きく, このことからイオンドリフト速度の主要因はリコネクションで生じる面内電場と紙面垂直方向のトロイダル磁場の外積で表されるE×Bドリフトであると推測できた。次に図2のようにドップラープローブで計測したイオン流速とイオンドリフト速度のr方向分布を比較したところ, 先に述べたようにイオンドリフト速度の主要因がE×Bドリフトであることが確認でき, さらにイオン流速のr方向分布とE×Bドリフトのr方向分布がよく一致する結果を得た。また, 4週間, 英国の核融合ベンチャーTokamak Energy社において共同研究を行った。同社では本研究室と同様に球状トカマク合体加熱を利用した核融合実験装置ST-40を運用している。ST-40装置は本研究室の装置と比べて装置サイズや印加できる磁場が大きいため, 合体加熱パワーも大きく, 核融合炉実証に近い条件で球状トカマク合体加熱実験が可能である。本研究室ではこれまで1スリット32チャンネル分光での1次元イオン温度再構成計測を実現していた. 今回の派遣では次期キャンペーンに向けて3スリット96チャンネル分光での2次元イオン温度再構成計測ができるようアップグレードを行った。次期キャンペーン期間中にも派遣予定であり, 高い加熱パワーの実験において球状トカマク合体加熱の最適化に取り組む。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本報告期間では当初の計画通り静電プローブによる2次元静電場計測を追加したことで, 球状トカマク合体リコネクションに伴うイオンアウトフロー速度とイオンドリフト速度の関係を検証し, イオンドリフト速度の主要因がE×Bドリフトであることと, イオン流速のr方向分布とE×Bドリフトのr方向分布がよく一致する結果を室内実験で初めて得た。また, 英国の核融合ベンチャーTokamak Energy社との共同研究も本格化し, 超高磁場球状トカマク合体装置ST-40でこれまで1スリット32チャンネル分光での1次元イオン温度再構成計測を実現していたところを, 次期キャンペーンに向けて3スリット96チャンネル分光での2次元イオン温度再構成計測ができるようアップグレードを行い,当初の計画通り次期キャンペーンの準備を完了することができた。

Strategy for Future Research Activity

これまで運用してきた1次元イオン流速計測, 2次元電磁場計測に2次元イオン温度計測を加えて, 球状トカマク合体リコネクションのイオンアウトフローがどのようにイオン加熱に変換されるかを調べる。また, ガス種を変えても分光計測できるようにスリット幅が可変な分光システムにアップグレードして質量依存性を調べてリコネクション加熱の物理を考察する。
英国の核融合ベンチャーTokamak Energy社との共同研究については, 次期キャンペーンまでに合体圧縮コイルの放電波形の変化による加熱効率を検証するための実験オペレーションを細かく議論し, 限られた実験期間の中で2023年度にアップグレードしたイオン温度計測装置を用いて球状トカマク合体加熱最適化の研究を進める。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] Tokamak Energy Ltd.(英国)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 1D profile measurement of ion velocity distribution with glass-tube-pair type Doppler probe array2023

    • Author(s)
      Ryo Someya, Itsuki Nakau, Yunhan Cai, Hiroshi Tanabe, Yasushi Ono
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 30 Issue: 6 Pages: 060701-060701

    • DOI

      10.1063/5.0153171

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Profile Study of Reconnection Outflow in Tokamak Merging Experiment2023

    • Author(s)
      R. Someya, I. Shin, Y. Cai, Y. Doke, S. Takeda, Y. Okunishi, H. Tanabe, Y. Ono
    • Organizer
      US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection (MR2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reconnection Outflow Measurement in Tokamak Merging Experiment2023

    • Author(s)
      R. Someya, I. Shin, Y. Cai, Y. Doke, H. Tanabe, Y. Ono
    • Organizer
      7th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イオン流速と電磁場分布計測によるトカマク合体リコネクションアウトフローの研究2023

    • Author(s)
      染谷諒、申益炯、蔡雲漢、好永るり佳、田辺博士、小野靖
    • Organizer
      第40回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Spatial Profile measurement of ion velocity distribution function for studying reconnection heating and acceleration in tokamak merging experiment2022

    • Author(s)
      R. Someya, I. Nakau, Y. Funato, Y. Cai, H. Tanabe, Y. Ono
    • Organizer
      US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection (MR2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ion Velocity Distribution Measurement for Reconnection Heating / Acceleration Study2022

    • Author(s)
      R. Someya, I. Nakau, Y. Cai, H. Tanabe, Y. Ono
    • Organizer
      6th Asia Pacific Conference on Plasma Physics
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Study of Reconnection Heating and Acceleration by Glass-Tube-Pair Type Doppler Probe Array2022

    • Author(s)
      R. Someya, I. Nakau, Y. Cai, H. Tanabe, Y. Ono
    • Organizer
      64th Annual Meeting of Division of Plasma Physics. American Physcial Society
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イオン速度分布関数の径方向分布計測によるトカマク合体リコネクションのイオン加速・加熱機構の検証2022

    • Author(s)
      染谷諒、中右樹、蔡雲漢、田辺博士、小野靖
    • Organizer
      第39回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi