ビーム放射分光イメージング開発に基づくＨモード遷移前駆振動における乱流揺動の研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06645
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小林 進二 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (70346055)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ビーム放射分光法 / H-mode遷移 / 乱流揺動

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、ビーム放射分光イメージング計測機器の開発を手がけ、MHD・乱流揺動の時空間構造を明らかにすることを目標とする。特にヘリオトロンJで高強度ガスパフ法を用いた高密度放電において観測されているHモード遷移前の前駆振動を観測の対象とする。H28年度は下記2点の成果が得られた。１．冷却による光検出器の性能向上、および２．H-mode遷移前に観測される揺動解析の進展。いかに具体的内容を記述する。
１．ビーム放射分光計測器のS/N比改善のため、光検出器（アバランシェフォトダイオード：APD）の冷却による性能改善の効果を調べた。具体的にAPDを結露無く-20℃以下まで冷却できる機器を整備し、位相差検出の性能を調べるための較正実験を行った。以上の結果-26℃に冷却することで熱雑音および高周波数帯に見られていた不要ノイズを除去することができ、位相差評価の性能が常温と比較して2割改善した。
２．短パルス高強度ガスパフ法(HIGP)を用いたH-mode遷移の解析を進めた。適切なHIGP強度・パルス幅の場合のみ遷移直前に低周波揺動(f=1-3kHz) が周辺部で発生し、その後のH-mode遷移が観測される事が分かった。遷移後は周辺部の密度勾配が急峻になっており、この密度勾配もHIGP強度・揺動強度に対して閾値が見られた。またエンベロープ解析法を適用し密度揺動の高周波成分(40-150kHz)と低周波揺動との間に有意なコヒーレンスを観測した。これは密度勾配の変動に伴った乱流揺動強度の変動、もしくは乱流と低周波揺動との非線形結合を示すことを示唆する。これら成果は学術論文誌１編、学会誌記事１編として出版した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アバランシェフォトダイオードの冷却が位相差評価の性能に与える効果を定量評価することができ、乱流揺動計測を目指した総合的な機器の改良指針が得られた。加えてH-mode遷移直前に観測される低周波揺動の解析が進展し、高周波数帯の乱流揺動との相関が得られた。

Strategy for Future Research Activity

平成２９年度は今まで得られた成果を元に、実機での整備期間にあわせた真空容器内機器（ミラー等）の改良、アバランシェフォトダイオードの冷却およびフィルター透過率の最適化を総合的に適用する事で、ビーム放射分光装置の乱流揺動計測性能の向上を目指す。

Causes of Carryover

開発中のビーム放射分光イメージング装置の仕様等を見直しを図り、少額の未使用が生じたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

H29年度における成果報告（論文出版費、印刷費）として効率的に利用する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Wisconsin(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Wisconsin
• [Int'l Joint Research] CIEMAT(Spain)
  • Country Name: Spain
  • Counterpart Institution: CIEMAT
• [Int'l Joint Research] 核工業西南物理研究院(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 核工業西南物理研究院
• [Journal Article] ビーム放射分光が拓くMHD・乱流揺動の時空間構造 (2017)
  • Author(s): 小林進二
  • Journal Title: J. Plasma Fusion Res. Volume: 93 Pages: 2-9
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of beam emission spectroscopy for turbulence transport study in Heliotron J (2016)
  • Author(s): S. Kobayashi, S. Ohshima, H. Matsuda, X.X. Lu, D. Kokubu, K. Ida, T. Kobayashi, M. Yoshinuma, S. Kado, T. Oishi, K. Nagasaki, H. Okada, T. Minami, S. Yamamoto, Y. Nakamura, A. Ishizawa, N. Kenmochi, Y. Otani, S. Konoshima, T. Mizuuchi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 11E 519
  • DOI: 10.1063/1.4959949
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Faraday-cup-type lost fast ion detector on Heliotron J (2016)
  • Author(s): S. Yamamoto, K. Ogawa, M. Isobe, D.S. Darrow, S. Kobayashi, K. Nagasaki, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Ohshima, G.M. Weir, Y. Nakamura, S. Konoshima, N. Kemmochi, Y. Ohtani, T. Mizuuchi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 11D818
  • DOI: 10.1063/1.4960310
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of Laval Nozzle in the GAMMA 10 SMBI Experiments (2016)
  • Author(s): M.M. Islam, Y. Nakashima, S. Kobayashi, N. Nishino, Y. Nakano, K. Hosoi, K. Ichimura, Md.S. Islam, K. Shimizu, K. Fukui, M. Ohuchi, A. Terado, M. Yoshikawa, J. Kohagura, M. Hirata, R. Ikezoe, X. Wand, M. Ichimura, M. Sakamoto, T. Imai
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 11 Pages: 2402053
  • DOI: 10.1585/pfr.11.2402053
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characteristics of SMBI fueling with laval nozzle in GAMMA 10 based on experimental and simulation results (2016)
  • Author(s): M. M. Islam, Y. Nakashima, S. Kobayashi, N. Nishino, K. Hosoi, K. Ichimura, M. S. Islam, K. Fukui, K. Shimizu, M. Ohuchi, M. Arai, T. Yokodo, G. Lee, M. Yoshikawa, J. Kohagura, M. Hirata, R. Ikezoe, M. Ichimura, M. Sakamoto, and T. Imai
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1771 Pages: 30018
  • DOI: 10.1063/1.4964174
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 超高速荷電交換再結合分光装置の開発 (2016)
  • Author(s): 小林進二，呂湘潯，居田克巳，小林達哉，吉沼幹朗，門信一郎，大島慎介，長崎百伸，岡田浩之，南貴司，山本聡，中村祐司，石澤明宏， 西岡賢二，木島滋，水内亨
  • Organizer: 第33回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学青葉山キャンパス
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] Study of H-Mode Transition Triggered by High-Intensity Gas Puffing in NBI Plasmas of Heliotron J (2016)
  • Author(s): S. Kobayashi, S. Ohshima, K. Nagasaki, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Yamamoto, G. Weir, M. Kirimoto, H. Matsuda, K. Ida, T. Kobayashi, Y. Nakamura, A. Ishizawa, N .Kenmochi, Y. Otani, X. Lu, Y. Nakashima, K. Watanabe, R. Seki, S. Murakami, Y. Suzuki, S. Konoshima, T. Mizuuchi
  • Organizer: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヘリオトロンJにおける高強度ガスパフを用いたH-mode遷移の研究 (2016)
  • Author(s): 小林進二，大島慎介，松田啓嗣，長崎百伸，岡田浩之，南貴司，門信一郎，山本聡，G.M.Weir，釼持尚輝，大谷芳明，X.X.Lu，居田克巳，小林達哉，中嶋洋輔，中村祐司，石澤明宏，鈴木康浩，村上定義，渡邊清政，關良輔，木島滋，水内亨
  • Organizer: 第11回 核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2016-07-14 – 2016-07-15
• [Presentation] Characteristics of low frequency fluctuation at L-H transition in NBI plasmas of Heliotron J (2016)
  • Author(s): S. Kobayashi, S. Ohshima, H. Matsuda, D. Kokubu, K. Ida, T. Kobayashi, K. Nagasaki, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Yamamoto, Y. Nakashima, Y. Nakamura, A. Ishizawa, N. Kenmochi, Y. Otani, X. Lu, K. Watanabe, R. Seki, S. Murakami, Y. Suzuki, S. Konoshima T. Mizuuchi
  • Organizer: 6th Asia Pacicic Transport Woiking Group (APTWG) International Conference
  • Place of Presentation: Korea University, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2016-06-21 – 2016-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Beam Emission Spectroscopy for Turbulence Transport Study in Heliotron J (2016)
  • Author(s): S. Kobayashi, S. Ohshima, H. Matsuda, X. X. Lu, D. Kokubu, K. Ida, T. Kobayashi, M. Yoshinuma, S. Kado, T. Oishi, K. Nagasaki, H. Okada, T. Minami, S. Yamamoto, Y. Nakamura, A. Ishizawa, N. Kenmochi, Y. Otani, S. Konoshima, T. Mizuuchi
  • Organizer: 21st topical conference on high temperature plasma diagnostics
  • Place of Presentation: Madison, Wisconshin, U.S.A.
  • Year and Date: 2016-06-05 – 2016-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Ultrafast Charge-eXchange Recombination Spectroscopy System in Heliotron J (2016)
  • Author(s): X.X. Lu, S. Kobayashi, H. Matsuda, K. Ida, T. Kobayashi, M. Yoshinuma, K. Nagasaki, S. Kado, H. Okada, T. Minami, S. Ohshima, S. Yamamoto, N. Kenmochi, Y. Otani, Y. Nakano, D. Od, D. Kokubu, A. Ishizawa, Y. Nakamura, S. Konoshima, T. Mizuuchi "
  • Organizer: 21st topical conference on high temperature plasma diagnostics
  • Place of Presentation: Madison, Wisconshin, U.S.A.
  • Year and Date: 2016-06-05 – 2016-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 京都大学エネルギー理工学研究所水内研究室
  • URL: http://www.center.iae.kyoto-u.ac.jp/plasmak/index.html