低q内部電流系プラズマにおける輸送と加熱の電流密度依存性

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02402052
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井上 信幸 東京大学, 工学部, 教授 (60023719)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠山 濶志 東京大学, 理学部, 助教授 (50023718) ; 宮本 健郎 東京大学, 理学部, 教授 (60023701) ; 森川 惇二 東京大学, 工学部, 教務職員 (70192375) ; 二瓶 仁 東京大学, 工学部, 助手 (70010973) ; 吉田 善章 東京大学, 工学部, 助教授 (80182765)
• Keywords: プラズマ / 核融合 / 異常加熱 / 異常抵抗 / ULQ / トカマク / イオン粘性

Research Abstract

本研究計画で改造を加えたREPUTEー1Q実験装置を用い、ULQ(0〈q〈1〉領域及びVLQ(1〈q〈2)領域のプラズマ生成、閉じ込め実験を行った。ULQ領域ではイオンの異常加熱、VLQ領域では電子の異常加熱が起こることが示された。VLQ領域では電子温度1〜1.5KeVを得た(X線スペクトル)。この電子温度から計算される古典的な電気抵抗率に対し、実測されるインピ-ダンスは数十〜百倍程度大きい。この異常抵抗はULQ領域でも観測され、MHD的に乱れたプラズマに共通な特性と考えられる。プラズマが高インピ-ダンスになることによって、プラズマへの高エネルギ-入力(電流×電圧)が得られ、異常加熱機構を通して電子、イオンへ散逸される。本実験結果は、VLQ領域では電子へ、ULQ領域ではイオンへのエネルギ-分配が大きくなることを示している。これは理論モデルによって説明される。電子温度の測定精度を向上する為に、レ-ザ-散乱計測を準備している。
理物的な研究成果としては、異常加熱機構のモデル化、異常抵抗のモデル化を行った。乱れのエネルギ-散逸は不安定性成張率の大小によってイオン粘性散逸が大きくなるか、電子抵抗散逸が大きくなるかが変化することが示された。イオン粘性散逸が支配的な緩和過程では、ヘリシティ-保存が成立する。ヘリシティ-保存と電場バランスを解くと、異常抵抗のモデルが得られる。その計算結果は実験デ-タを良く説明する。高温領域では無衝突過程でのイオン粘性を考える必要がある。ストカマティックな磁場中での異常粘性の評価、及びイオンのトランジットタイムダンピングによるエネルギ-散逸の評価を行い、高温領域でもイオンへのエネルギ-散逸が充分生じ得ることを示した。

Research Products

• [Publications] Z.Yosida: "Experimental Scaling of Anomalous Resistance in Ultra Low q Discharges" Nuclear Fusion. 31. 1531-1536 (1991)
• [Publications] Z.Yoshida: "Direct Ion Heating through MHD Relaxation" Nuclear Fusion. 31. 386-390 (1991)
• [Publications] Z.Yoshida and A.Hasegawa: "Anomalous Transports Associated with the Helicity Transport in a Plasma" Physics of Fluids B: Plasma Physics. 3. 3059-3064 (1991)
• [Publications] Z.Yoshida: "Anomalous Impedance and Anomalous Ion Heating due to Gyrorelaxation through Magnetohydrodynamic Fluctuations" Physics of Fluids B: Plasma Physics. 4. (1992)
• [Publications] Z.Yoshida: "Helicity Waves Propagating in Plasma" Journal of Plasma Physics. 45. 481-488 (1991)
• [Publications] Z.Yoshida: "Eigenfunction Expansions Associated with the Curl Derivatives in Cylindvical Geometries" Journal of Mathematical Physics. 31. (1992)