トーラスプラズマ合体を用いた駆動型磁気リコネクションの実験的検証

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07044128
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 桂井 誠 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70011103)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): パンフリー ニール プリンストン大学, プラズマ物理研究所, 研究員 ; フォンゲラー シュバイク プリンストン大学, プラズマ物理研究所, 主任研究員 ; ヤマダ マサアキ プリンストン大学, プラズマ物理研究所, 主任研究員 ; カールスラッド ラッセル プリンストン大学, 天文学科, 教授 ; 板垣 敏文 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60242012) ; 小野 靖 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30214191)
• Keywords: 磁気リコネクション / スフェロマック / 逆転磁場配位

Research Abstract

本年度は、日本側TS-3プラズマ合体実験で磁気リコネクションのイオンの加速、直接加熱現象の解明に大きな進展があり、米国側MRXプラズマ合体実験では磁気プローブによる磁気リコネクションのXポイント領域の計測が開始され、理論グループは両磁気リコネクション実験を説明する理論の開発を行なった。特に日米間で磁気リコネクションのワークショップを開催し、これらの結果を持ち寄って比較検討を行なうに至った。TS-3実験ではプラズマ合体の際に、形成されるXラインの周辺のイオン流速を不純物ラインのドップラーシフトによって測定し、磁気リコネクションが磁力線とともにプラズマ粒子をアルベーン速度の1/2程度まで加速すること、さらに加速の過程でイオンのみが選択的に加熱することを明らかにした。このリコネクションのエネルギー変換効果は、従来考えられてきた中性電流の抵抗損ではなく、上記ジェットの発生に伴ったイオン直接加熱といえること、またこのイオン選択加熱効果がXラインに平行な磁場成分Bxの印加によって抑制されることが判明した。成果はPhysical Review Letters誌において論文としての掲載が決定している。米国側では日本側の協力のもと磁気計測の解析ツールが整備され、新しいスフェレータモードでの磁気リコネクション実験が開始された。その結果、Xポイント付近で大きな磁気島の成長が確認され、電流シートの形状変化が明らかになった。また、TS-3実験によって明らかになったリコネクション速度のリコネクション角依存性を説明する試みが米国側理論グループによりなされた。同角度依存性は実験結果に比べて弱いものの、Xライン方向の磁場の打ち消しによる熱エネルギーの増加を考慮してリコネクション速度がリコネクション角によって増加する特性が説明された。

Research Products

• [Publications] Y.Ono et al.: "Ion Acceleration and Direct Ion Heating in Three-Component Magnetic Reconnection" Physical Review Letters. (掲載予定).
• [Publications] M.Katsurai: "Review of Experimental Investigation on Compact Toroids and Compact Tokamaks Using TS-3 Device" TransacTion of Fusion Technology. 27. 97-103 (1995)
• [Publications] Y.Ono: "Slow Formation of Field-Reversed Configuration by Use of Two Merging Spheromaks" Transaction of Fusion Technology. 27. 369-373 (1995)
• [Publications] 小野(亮)等: "低アスペクトヒヒトカマクの平行解析と近似モデルについての検討" 電気学会論文誌A.