Study of turbulent density fluctuation observed before H-mode transition based on development of 2-dimensional beam emission spectroscopy

2017 Fiscal Year Annual Research 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 / 2次元密度揺動分布

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題ではビーム放射分光(BES)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的とする。H29年度の概要は以下の３点である。1.BES装置で用いる真空機器内ミラーの改良、2.密度揺動二次元計測の進展によるプラズマ内部のMHD揺動の構造解明、3.高密度H-mode遷移前に観測される前駆振動を対象とした安定性解析による揺動の理解。具体的な内容を以下に述べる。
1. BES装置のS/N比改善を目指し、実機（ヘリオトロンJ装置）真空容器内のミラーに誘電体多層膜コーティングを施すことで、反射率を96%まで改善した。多層膜材は真空中での脱ガスが少ないこと、融点が高いこと、熱膨張によるクラックの低減、を考慮し決定した。これによりS/N比が２倍以上改善した。
2.BES装置を用いた密度揺動の二次元計測を進め、プラズマ内部のMHD揺動の構造を明らかにした。ヘリオトロンJ標準配位でco-NBI加熱プラズマ中に観測される5kHz程度のMHD揺動はプラズマ中心付近に局在するため、今まで磁気プローブ等でモード数等の評価ができなかった。本課題で整備した二次元BES装置により、このMHD揺動の強度分布・モード構造を明らかにした。またECH重畳によるモード周波数の変化(15kHz)は電子温度・密度の変化と比べ早く、熱・粒子輸送とは異なるメカニズムで周波数が変わっていることが示唆された。
3.ヘリオトロンJで高強度ガスパフ法を用いた高密度Hモードプラズマにおいて、遷移前にプラズマ周辺部で観測される前駆振動の解析を進めた。MHD安定性の指標としてMericier条件を解析したところ周辺部ではMercier不安定であることがわかった。今後非線形MHDシミュレーション等を用いた更なる解析が必要であるが、観測された振動の候補として交換型不安定性が挙げられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CIEMAT(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: CIEMAT
• [Int'l Joint Research] Univ. Wisconsin-Madison(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Univ. Wisconsin-Madison
• [Journal Article] Study of Plasma Behavior during ECRH Injection in the GAMMA 10 SMBI Experiments (2018)
  • Author(s): Islam Md. Maidul、Nakashima Yousuke、Kobayashi Shinji、Nishino Nobuhiro、Ichimura Kazuya、et al.,
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 959 Pages: 012007～012007
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/959/1/012007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Poloidal flow velocity measurement in high-density NBI plasmas of Heliotron J (2018)
  • Author(s): Xiangxun LU, Shinji KOBAYASHI, Shun TANOHIRA, Katsumi IDA, Shin NISHIMURA, et al.,
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of ultra-fast charge exchange recombination spectroscopy for temperature and flow velocity fluctuation measurements in Heliotron J (2017)
  • Author(s): S. Kobayashi, X.X. Lu, K. Ida, T. Kobayashi, M. Yoshinuma, S. Kado, S. Ohshima, K. Nagasaki, H. Okada, T. Minami, S. Yamamoto, D.L. Yu, Y. Nakamura, A. Ishizawa, S. Nishimura, K. Nishioka, S. Konoshima, T. Mizuuchi
  • Journal Title: Proc. 44st EPS conf. Plasma Physics Volume: 41F Pages: P5.108
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Suppression of fast-ion-driven MHD instabilities by ECH/ECCD on Heliotron J (2017)
  • Author(s): Yamamoto S.、Nagasaki K.、Kobayashi S.、Nagaoka K.、Cappa A.、Okada H.、Minami T.、Kado S.、Ohshima S.、Konoshima S.、Nakamura Y.、Ishizawa A.、Weir G.M.、Kenmochi N.、Ohtani Y.、Lu X.、Tawada Y.、Kokubu D.、Mizuuchi T.
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 57 Pages: 126065～126065
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa8f04
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-machine analysis of turbulent transport in helical systems via gyrokinetic simulation (2017)
  • Author(s): Ishizawa A.、Kishimoto Y.、Watanabe T.-H.、Sugama H.、Tanaka K.、Satake S.、Kobayashi S.、Nagasaki K.、Nakamura Y.
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 57 Pages: 066010～066010
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa6603
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Configuration Control Effects on Confinement, Transport and Stability in a Helical-Axis Heliotron Device, Heliotron J (2017)
  • Author(s): T. Mizuuchi, K. Nagasaki, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Kobayashi, S. Yamamoto, S. Ohshima, X.X. Lu, N. Kenmochi, Y. Ohtani, K. Nishioka, L. Zang, G. Weir, D.L. Yu, S.
  • Organizer: International Stellarator-Heliotron Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高性能磁場閉じ込めプラズマを目指した粒子補給法の検討 (2017)
  • Author(s): 小林進二
  • Organizer: 筑波大学プラズマ研究センターシンポジウム
• [Presentation] Investigation of Plasma Behavior during ECRH Injection in the GAMMA 10 SMBI Experiments (2017)
  • Author(s): M.M. Islam, Y. Nakashima, S. Kobayashi, N. Nishino, K. Hosoi, K. Ichimura, M. S. Islam, K. Fukui, M. Ohuchi, T. Yokodo, G. Lee, S. Yamashita, T. Yoshimoto, M. Yoshikawa, J. Kohagura, M. Hirata, R. Ikezoe, M. Ichimura, M. Sakamoto, T. Imai
  • Organizer: Plasma Conference2017
• [Remarks] プラズマエネルギー研究分野ホームページ
  • URL: http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/new-iae//organization/generation/plasma.html