ヘリカルプラズマにおける高速イオンとMHD不安定性との相互作用に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12480127
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 東井 和夫 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (20093057)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大舘 暁 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00270489) ; 長壁 正樹 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (90280601) ; 磯部 光孝 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00300731) ; 中島 徳嘉 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (30172315)
• Keywords: 熱核融合 / トカマクプラズマ / ヘリカルプラズマ / 高速イオン / アルファ粒子 / MHD不安定性 / アルヴェン固有モード / 高速イオン損失

Research Abstract

大型ヘリカル装置(LHD)の中性粒子入射加熱プラズマにおける高速イオン励起MHD不安定性のモード構造の明確化を目的として磁気プローブを追加設置し、低トロイダルモード数(n=1ないし2)のトロイダルアルヴェン固有モードTAE、n=0のグローバルアルヴェン固有モードGAE、及びポロイダル/トロイダルモード数m=2/n=1の高速粒子モードEPMを観測した。またこれらのTAE,GAE、及びEPMに対して、高速イオンベータ値及びアルヴェン速度に対する磁場方向の高速イオン速度比の2規格化パラメータを用いて発生領域を明らかにした。LHDで観測されたこれらの高速イオン励起モードのうちTAE及びGAEの磁場揺動振幅は、これまでの実験条件ではまだ相当小さく、高速イオンの輸送には明確な影響を及ぼしていない。ただし、EPMはしばしばバースト的磁場揺動を引き起こし、これに伴いダイバータ中性化板への高速イオン損失束の増大をもたらすことが観測された。ただし、現状ではまだ、損失された高速イオンの量を定量的に評価できていない。また、EPM揺動バーストに同期して高速中性粒子束が時間的に変調されることを観測し、この現象と同揺動の高速イオン輸送への影響と関連させて解析を進めている。
CHS装置では、シリコンディテクターを利用したプラズマ中の高速イオンのエネルギー分布測定のための高速中性粒子計測装置、及びシンチレータを利用した高速イオン損失プローブを開発し、CHSの実験だけでなくLHDにおける実験にも有効に活用した。
CHSプラズマにおいて、2対のループアンテナを電極として使用してTAE周波数帯の高周波電流をプラズマ中に流した場合、特定の電子密度で共鳴的に磁場揺動の増大が観測されたが、この現象はn=1TAEが高速イオンなしで励起されたためであることを明らかにした。
理論に関しては、CHSヘリオトロン/トルサトロン型プラズマにおけるTAEギャップ構造及び固有関数を3次元プラズマMHD安定性解析用コードCAS3D3によって明らかにした。その結果は、実験とよい一致を示した。

Research Products

• [Publications] K.Toi: "Energetic ion driven MHD instabilities observed in the heliotron/torsatron devices Compact Helical System and Large Helical Device"Nuclear Fusion. 40・7. 1349-1362 (2000)
• [Publications] M.Isobe: "Charge exchange neutral particle analysis with natural diamond detectors on LHD heliotron"Review of Scientific Instruments. 72・1. 611-614 (2001)
• [Publications] M.Osakebe: "Development and energy calibration of Si-FNA for LHD fast ion measurement"Review of Scientific Instruments. 72・1. 788-791 (2001)
• [Publications] S.Ohdachi: "Soft X-ray detector array system on the Large Helical Device"Review of Scientific Instruments. 72・1. 727-730 (2001)
• [Publications] G.Matsunaga: "Alfven eigenmodes excitation by ecternal loop antennas in the Compact Helical System heliotron/torsatron"Review of Scientific Instruments. 72・1. 405-408 (2001)
• [Publications] K.Y.Watanabe: "Effect of bootstrap current on MHD equilibrium beta limit in heliotron plasmas"Nuclear Fusion. 41・1. 63-76 (2001)