高ベータプラズマ中における電磁流体渦の形成と巨視的安定性

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480087
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 犬竹 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90023738)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 邦彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90261578) ; 安藤 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90182998)
• Keywords: 電磁流体 / プラズマ流 / 自己組織化 / 渦 / MPDアークジェット / プローブアレイ

Research Abstract

本研究の目的は、核融合や宇宙におけるプラズマ中の複雑な電磁流体現象、特に高密度高ベータプラズマ流中における渦の発生と巨視的安定性に関してその物理機構を実験的に明らかにすることである。東北大学HITOP装置では渦を伴った超音速プラズマ流を容易に発生する事が可能であるため、この渦度あるいは流速を独立に変え、渦構造の発生及び安定性にとって何が重要な要素かを明らかにして、その際起こるプラズマ渦内部での密度変動、磁場変動を測定し、渦の発生という巨視的な電磁流体現象に伴うイオン及び電子の振る舞いを調べる。さらに、2つの渦流がマージングする際に起こる電磁流体現象を詳細に観測し、これをプラズマの自己組織化現象の1つとしてとらえ、その緩和過程において密度分布や渦度など何が保存されるか等、高密度プラズマ中での渦流の物理過程を詳細に観測する。これらの実験を通じ、高密度高ベータプラズマ流中での渦の発生と安定性という電磁流体現象の物理過程を解明することを目的としている。
そのための実験準備として、本年度はプラズマ源であるMPDアークジェットの改良と整備を行った。まず、MPDアークジェット装置の内部に内蔵型コイルを設置することにより径方向磁場Brを発生させ、これと放電電流による周方向磁場B_θとにより内部に磁気構造を持った電磁流体渦を生成するよう既存の装置を改良した。そして、この改良型MPD装置を2台整備した。一方、生成されたプラズマの挙動を詳細に測定するために、計測器として多チャンネル(13ch)の静電ダブルプローブアレイおよび小型磁気プローブアレイ(11ch)を製作し、プラズマ測定準備を行った。さらに、電子シャッター付CCDカメラによるイメージングシステムの整備も行った。今後は、これらの計測装置を用いて、改良型MPDアークジェットによる実験を行っていく。

Research Products

• [Publications] M.Inutake: "Flow Characterics in the HITOP (High-density Tohoku Plasma) Device for MHD Studies" IPELS'97 (International Workshop on Plasma Experiments in Laboratory and Space). 75 (1997)
• [Publications] 服部邦彦: "高密度電磁流体実験装置(HITOP)のMPDプラズマ測定" 第9回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム論文集. 653-656 (1997)