粒子運動領域に拡張された3次元高速磁気リコネクション機構の実験的解明

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480090
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小野 靖 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30214191)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀内 利得 核融合科学研究所, 理論シミュレーション研究センター, 助教授 ; 常田 佐久 国立天文台, 太陽物理学研究系, 教授 ; 板垣 敏文 東京大学, 大学院・工学系研究化, 助手 (60242012) ; 桂井 誠 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70011103)
• Keywords: 磁気リコネクション / プラズマ合体 / 異常抵抗 / 異常加熱 / 駆動型リコネクションモデル / 粒子加速 / スフェロマックプラズマ / トカマクプラズマ

Research Abstract

今年度は、1)磁気リコネクション物理では電流シートの微細構造の解明、2)計測系整備では3次元イオン温度計測の開発、3)実験装置整備では高磁気レイノルズ数(R)実験へのめどをつけるなど3方面での進展があった。まず、実験条件の向上させた3)では、TS-3プラズマ合体実験の電源拡充によりq値が2程度の低qトカマクの合体でもR>1000を確保した他、大半径を2.5倍とした新プラズマ合体装置TS-4の建設によりさらにRを3000以上に伸ばすめどをつけた。2)では可視光トモグラフィーによるイオン温度の3次元計測装置をほぼ完成させ、光ファイバーとCCDカメラにより電流シートのイオン温度がインフロー領域に比べて高いことが計測された。また、レーザによる炭素不純物入射実験を立ち上げて、イオンのマーキングによるX点領域の粒子輸送計測を開始した。以上の条件整備を受けて1)では、第1にX点領域の密度、温度の微細計測を行い、リコネクションに伴うファーストショックの検出に初めて成功した。アルベーン速度程度のアウトフローとその10%程度のインフローなどX点領域の流速の2次元分布が判明し、出口側でファーストショックの形成を確認した。これは常田らが太陽コロナの衛星観測で捉えたりコネクションのショックの微細構造に対応している。また、昨年度電流シートの異常抵抗の原因であることが判明した粒子運動効果をさらに特定する実験を進め、それがイオンスキン距離c/ωpiではなくイオンのラーマ半径に関連していることを突き止めた。これは堀内とDrakeの粒子シミュレーションによって提唱されている2説について前者を支持するものである。これまでの成果に基づき、来年度は我々がホストとなって実験室と宇宙のリコネクションをテーマとした東大シンポジウム(東京大学主催の国際会議で各年1,2つ選定)が開催されることが決まっている。

Research Products

• [Publications] Y.Ono et.al.: "Merging Formation of FRC and Its Application to High-Beta ST Formation" Fusion Energy 1998. (掲載予定).
• [Publications] M.Inomoto,Y.Ueda.Y.Ono et al: "High-Power Intial Heating of Compact Torus by Means of Merging Effect" Fusion Energy 1998. (掲載予定).
• [Publications] 井 通暁、小野 靖: "TS-3装置における駆動型磁気リコネクション機構の実験的解明" プラズマ・核融合学会誌. 75・3(掲載予定). (1999)
• [Publications] 小野 靖・井 通暁: "プラズマ合体を用いた磁気リコネクション室内実験" プラズマ・核融合学会誌. 75・4(掲載予定). (1999)
• [Publications] 松山智文、小野 靖: "縦磁界勾配を加えた磁力線再結合現象" 電気学会論文誌A. 118-A・10. 1188-1189 (1998)
• [Publications] Y.Ono et.al.: "New Relaxation of Merging Spheromaks to a Field-Reversed Configuration" Nuclear Fusion. (掲載予定).