高速プラズマ流中での高ベータ電磁流体渦形成と動的挙動の観測

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12480123
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 安藤 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90182998)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 邦彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90261578) ; 犬竹 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90023738)
• Keywords: 電磁流体渦 / プラズマ流 / 磁気プローブ / アルフェン波 / 同軸ガン / MPD / HITOP

Research Abstract

本研究の目的は、高ベータなスフェロマックプラズマ配位を高速プラズマ流中で保持するという新しい高ベータプラズマ閉じ込め手法を実験的に探求することである。プラズマ中の渦構造の形成は、磁力線の再結合に伴う自己組織化や衝撃波などプラズマと電磁場の非線形相互作用により引き起こされる電磁流体力学現象の一つである。プラズマ中での電磁流体波の波動伝播などの詳細な検討も渦生成には必要な要素でもある。昨年度は、渦形成用同軸ガンによる電磁流体渦の形成実験を行いプラズマ中にスフェロマック配位の渦が形成され伝播している様子が観測された。
本年度は、外部磁場による磁気ノズルを形成しプラズマ流中での衝撃波の観測とプラズマ中に新たに製作した小型のヘリシティーアンテナを挿入しアルフェン波の励起伝播実験を行った。バンプ型外部磁場を印加したプラズマ中に垂直衝撃波の発生が観測され、この空間構造をマッハプローブならびに磁気プローブを用いて詳細に測定した。その結果、衝撃波前後では、ランキン・ユゴニオの式をほぼ満たしていた。その衝撃波の厚さは、イオンの平均自由行程と同程度から数十倍程度で衝撃波上流のマッハ数に反比例することがわかった。また、プラズマ中に流れる電流分布は、衝撃波前後で変化がなかった。アルフェン波の励起実験では、コンプレッショナルアルフェン波や密度揺動を伴わない軸対称シアアルフェン波の励起を行い、理論的分散関係と良く一致することが確認できた。

Research Products

• [Publications] A.Ando: "Macroscopic Behavior of a Supersonic Plasma Flow in a Divergent Magnetic Mirror"Transaction of Fusion Science and Technology. 43・1T. 130-132 (2003)
• [Publications] M.Inutake: "Characteristics of a Supersonic Plasma Flow in a Magnetic Nozzle"Journal of Plasma and Fusion Research. 78・12. 1352-1360 (2002)
• [Publications] A.Ando: "An Ion Heating Experiment in a Supersonic Plasma Flow"Proc. of 11^<th> International Congress on Plasma Physics. P497. 157-157 (2002)
• [Publications] T.Yagai: "Excitation of an Axisymmetric Shear Alfven Wave by a Rogowski-type Antenna"Proc. of 11^<th> International Congress on Plasma Physics. P482. 154-154 (2002)
• [Publications] 藤村真哉: "高速プラズマ流中の波動伝播とイオン加熱"電気学会研究会資料(プラズマ研究会). PST-03-21. 1-6 (2003)
• [Publications] 福井利英: "超音速プラズマ流中の衝撃波構造"電気学会研究会資料(プラズマ研究会). PST-03-23. 1-6 (2003)