2005 Fiscal Year Annual Research Report
2台の重イオンビームプローブによるトロイダルプラズマの構造とダイナミクスの研究
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15360497
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
藤澤 彰英 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (60222262)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井口 春和 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (40115522)
井戸 毅 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (50332185)
清水 昭博 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00390633)
伊藤 公孝 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (50176327)
佐貫 平二 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (80109355)
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| Keywords | ゾーナル流 / 乱流 / 重イオンビームプローブ / 電場 / 非線形結合 / トロイダルプラズマ / 分岐 / CHS |
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| Research Abstract |
Hモードが発見された1982年以来、乱流輸送の分岐によっておこる様々なトロイダルプラズマの構造が観測されている。20年以上に渡る研究の結果、プラズマ中の巨視的電場(流れ)の分岐に伴う電場のシアー構造が微視的乱流を抑制しおよび輸送に影響を与えることで、プラズマの閉じ込め局所的な局所的に改善される輸送障壁をもつ分岐構造が起こりうることが示されている。
また、最近のシミュレーションや理論によって、プラズマ乱流はレイノルズ応力を通じてメゾスコピックな流れ(ゾーナル流)の構造が生じ、両者の相互作用が乱流の飽和レベルや輸送に根源的な影響をもつことが予想されている。これは、1)乱流と輸送に寄与しないゾーナル流の間に近似的にエネルギーの保存関係が成立すること、2)ゾーナル流がもつ時間的に変化するシアーが輸送を制御することによるCHS(Compact Helical System)では2台の重イオンビームプローブをもちいて、平成16年度の実験において、トロイダルプラズマ中にゾーナル流が存在する事を本科研費の援助によって世界に先駆けて明らかにした。平成17年度には、乱流とゾーナル流の非線形結合の実在を証明するために実験を行なった。その結果、ゾーナル流の振動数で乱流のパワーがモジュレーションされていることが見つかった他、ゾーナル流の増加により乱流成分が減少することが明らかになった。ゾーナル流と乱流の直接的なエネルギー交換を示す重要な実験結果である。
ゾーナル流は自然界に普遍的に見られる現象である。たとえば、木星をはじめとする回転する惑星の縞模様や地球のジェット気流、太陽のタコクラインなどである。本研究成果はゾーナル流の観測は、天体にて起こる様々な乱流現象の解明につながるものであろう。
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