2018 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02155
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
伊藤 早苗 九州大学, 応用力学研究所, 協力研究員 (70127611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小菅 佑輔 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (00700296)
小林 達哉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30733703)
伊藤 公孝 中部大学, 総合工学研究所, 特任教授 (50176327)
山田 琢磨 九州大学, 基幹教育院, 准教授 (90437773)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ乱流 / 複数駆動源 / 強相関 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今までの研究により成果が充実し、強相関乱流の性質の理解や実験による確認法等の研究が大きく進んだ。圧力勾配駆動揺動や平行流駆動揺動の複数が共存・競合する過程について研究を進め形成構造の研究を進めた。具体的な例として、密度勾配乱流により速度不均一が生じ、二重連結流が生まれることが示され、それと同時に、速度勾配駆動不安定性により粒子流束が生まれることも実証してきた。そうした考えを大型実験装置での実験・観測へ適用し、発見を導く研究にも着手した。当初計画に従い、複数の揺動や流れの干渉と競合、実空間での非線形散逸率の理論と実験との比較、粒子や運動量の流束の観測と因果関係の検定、などの課題に研究成果が得られて来た。流れ場の変動と乱流塊の移送メカニズムに関する研究も進めた、非線形構造である振動型の帯状流によって、乱流塊が捕捉され長い距離を搬送される現象も解析し、大域的な輸送現象の理解へと波及効果を示した。
非平衡性について加熱エネルギー源や密度補給源まで取り入れ、より広い自由度まで含めた研究への発展を始めた。一例として、粒子補給という非平衡性によって生み出される乱流揺動を解析した。閉じ込め装置容器の材料や給気法が主プラズマの閉じ込めに影響することは何十年来知られていたが、従来、未解明であった。この研究は、そうした未解明の問題に取り組む新たな糸口となると期待される。
さらには、「乱流局在」（プラズマ中の周方向の一部分に乱流が局在する）の可能性を総覧し、それによって生み出される流れや強相関乱流状態のレビューを出版し、今後の実験計画の指針を提供した。また、展望論文’Where is the frontier for frontrunners?’を発表し、今後の創造的な研究の可能性を広範に論じ、研究者への指針を与えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
従来の成果による描像を大型実験装置へ適用した。非平衡性について加熱エネルギー源や密度補給源まで取り入れ、より広い自由度まで含めた研究への発展を始めた。さらには、「乱流局在」（プラズマ中の周方向の一部分に乱流が局在する）の可能性を総覧し、それによって生み出される流れや強相関乱流状態のレビューを出版し、今後の実験計画の指針を提供した。また、展望論文’Where is the frontier for frontrunners?’を発表し、今後の創造的な研究の可能性を広範に論じ、研究者への指針を与えた。予想以上に進展して居ると結論する。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度を迎え、従来の成果をとりまとめさらに広い状況へ適用し、成果の発信につとめる。今までの研究により成果が充実し、強相関乱流の性質や実験による確認法等の研究が大きく進んだ。当初計画に従い、複数の揺動や流れの干渉と競合、非線形散逸率の理論と実験との比較、粒子や運動量の流束の観測と因果関係の検定、などの課題に研究成果が得られて来た。クロスバイスペクトルに着目した実験研究法のレビューも出版した。「乱流局在」の可能性やそれがもたらす研究新領域のレビューも出版した。大型装置への適用も開始した。最終年度を迎え、従来の成果をとりまとめさらに広い状況へ適用し、成果の発信につとめる。
今年度には、従来の成果をとりまとめつつ、密度勾配や磁場方向流れ場勾配が駆動する揺動（ドリフト波やD’Angeloモード）、そしてメソスケールやマクロスケールをもつ揺動が混在する多スケール乱流が発達する問題を取り扱い、研究対象もさらに一般化し、幅広い状況を対象に理論研究を展開する。状態の遷移や選択則を、流れによる揺動塊の移送の効果を含めて評価する方法を検討する。大型実験装置への応用としては、例えば、従来未解明だったtype-III ELM (edge localized modes)を説明する理論を検討する。そこでは、流れ場が対称性を破り、ストリーマーのような局在構造を作り、帯状流構造と競合する可能性がある。こうした状況の研究も駆動する。本研究計画の成果に基づき、大型閉じ込め実験装置での複数の流れ勾配の競合による新たな動的応答の可能性が指摘され、実験研究・観測を指導している。それらの国際的共同実験研究のとりまとめにも寄与する。
理論・実験等について得られた成果を取りまとめ、成果の発信に努める。
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[Presentation] Sawtooth effects on zonal flows, turbulence and gradients in the edge tokamak plasmas2018
Author(s)
K. J. Zhao, Y. Nagashima, P. H. Diamond, J. Q. Dong, K. Itoh, S.- I. Itoh, L. W. Yan, J. Cheng, A. Fujisawa, S. Inagaki, Y. Kosuga, M. Sasaki, S. Wang, X. M. Song, and HL-2A team
Organizer
APTWG （Asia Pacific Transport Working Group）
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[Presentation] PANTAにおける乱流の三次元構造2018
Author(s)
山田琢磨, 稲垣滋, 佐々木真, 永島芳彦, 金史良, 狹間田一誠, 荒川弘之, 小林達哉, 山崎広太郎, 糟谷直宏, 小菅佑輔, 藤澤彰英B, C, 伊藤公孝, 伊藤早苗
Organizer
日本物理学会2018年秋季大会
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[Presentation] Wave, flow and vortex: the third structure in drift wave turbulence2018
Author(s)
H. Arakawa, S. Inagaki, M. Sasaki, Y. Kosuga, T. Kobayashi, N. Kasuya, Y. Nagashima, T. Yamada, A. Fujisawa, S.-I. Itoh, K. Itoh
Organizer
2nd Asia-Paciffic Conference on Plasma Physics
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[Presentation] Three Dimensional Structure of Streamer in Drift Wave Fluctuations2018
Author(s)
Yamada, S. Inagaki, M. Sasaki, Y. Nagashima, F. Kin, H. Arakawa, T. Kobayashi, K. Yamasaki, N. Kasuya, Y. Kosuga, A. Fujisawa, K. Itoh, and S.-I. Itoh
Organizer
2nd Asia-Paciffic Conference on Plasma Physics
