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

1997 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 ミュバイク 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 ; 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 / プラウマ合体 / スフェロマック / 駆動型再結合モデル / トカマク / 異常抵抗 / イオン異常加熱 / FRC

Research Abstract

本年度は、進展しているTS-3、MRX両プラズマ合体実験の結果を、互いに、或いは理論、計算機シミュレーションと比較、検討する形で相互協力を行った。4回の国際会議での成果公表や、3回の相互訪問の際、両実験グループにプリンストン大学、核融合科学研究所、テキサス大学理論グループ等を加えた討論を行った。電流シート幅がイオンラ-マ半径を下回ることにより磁気リコネクションの異常拡散やイオン異常加熱が引き起こされるとのTS-3実験結果は、核融合科学研究所やテキサス大学のマクロ粒子シミュレーション結果に定性的によく一致することが判明した。イオンの磁化運動が非磁化運動に転移する時点で何らかのミクロ不安定が発生し、異常拡散とイオン加熱を引き起こされることが結論された。これにより、外力によってシートを圧縮しても、小さなXラインに平行な磁場成分の印加でイオンラ-マ半径を大きくしても、リコネクション速度は向上するとの駆動型磁気リコネクションの3成分磁場効果のメカニズムを明らかになった。MRX実験によるYポイントやOポイントの形成などについても、Xラインに平行な磁場成分の効果によって電流シートに磁気島が形成されやすい点がリコネクション速度の低下につながる点が双方の実験、シミュレーションで判明した。TS-3に比べ、ゆっくりした磁気リコネクション現象をカバーするため、MRX実験の年流シートには磁気島が成長する反面、電流シート幅はイオンラ-マ半径よりも常に大きいことがわかた。以上、実験、理論、計算機シミュレーションの3つの立場から、電流シートの微視的不安定や微視的構造変化がリコネクションの巨視的な促進に繋がることが判明した。また、TS-3実験で開発された可視光トモグラフィーのソフトウェアをMRXに移設し、磁気レイノルズ数1000を達成したMRX実験の特徴を生かして、磁気プローブ挿入を必要としない非接触の多次元プラズマ形状計測を開始するに至っている。

Research Products

• [Publications] Y.Ono et al.: "Exprimental Observation of Direct IOn Heating/Acceleration During Merging formation of FRC" Fusion Energy 1996. 2. 263-273 (1997)
• [Publications] Y.Ono et al.: "Experimental Investigation of Three-component Magnetic Reconnection by Use of Merging Spheromaks and Tokamaks" Physics of Plasmas. 4・5. 1953-1962 (1997)
• [Publications] A.Morita, Y.Ono, M.Katsurai et al.: "Experimantal Investigation on Tilt Stabilizing Effect of External Toroidel Field in Low Aspect Ratio Tokamak" Physics of Plasmas. 4・2. 315-322 (1997)
• [Publications] M.Yamada, Y.Ono et al.: "Study of Driven Magnetic Reconnection in a Laboratory Plasma" Physics of Plasmas. 4・5. 1936-1944 (1997)
• [Publications] M.Yamada, Y.Ono et al.: "Identification of Y-Shaped and O-Shaped Diffusion Regions During Magnetic Reconnec Tion in Laboratory Plasma" Physical Review Letters. 78. 3117-3120 (1997)
• [Publications] 植田、小野: "変流器コイルを用いた逆転磁界配位の電流増幅" 電気学会論文誌A. 117-A・8. 899-901 (1997)