ヘリカル型核融合炉における平衡磁場配位の自己修復機能

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06649
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 成嶋 吉朗 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40332184)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 磁気島 / ヘリオトロン / デタッチプラズマ / 核融合 / 平衡磁場配位 / プラズマ

Outline of Annual Research Achievements

ヘリカル型核融合炉における平衡磁場配位の自己修復機能は、その特徴的な振舞いが磁気島構造のダイナミクスに表れる。自発的に変化するLHDにおける磁気島構造は、拡大または縮小どちらかの状態を示すと考えられてきた。平成27年度の研究において発見された、定常的にそれらの中間の状態に存在する新たな振舞いについて考察を重ねた。プラズマフローとの相関についてまとめ、摂動磁場による電磁トルクとプラズマフローによる粘性トルクのバランスにより、この新たに発見された状態になりうることを示し、第26回国際原子力機関核融合エネルギー会議にて発表した[1]。一方で、磁気島研究を通じて新たな研究への進展が見られた。プラズマによるダイバータへの熱負荷軽減の方策の一つであるデタッチプラズマの形成において、磁気島の振舞いを通じた新たな理解が進んだ。外部摂動磁場によってプラズマ周辺に生成された磁気島が拡大する場合にデタッチが実現するが、その際、同一の磁場構造であってもデタッチする場合としない場合があることを発見した。すなわち、デタッチ形成のためには磁気島構造ではなく磁気島を拡大させる何らかの機構と関係があることを示唆している。この発見は、第43回欧州物理学会及び国内学会にて発表された[2-4]。
[1] Y. Narushima, et. al., 26th IAEA-FEC (2016), IAEA-CN-234/ EX/P8-8
[2] Y. Narushima, et. al., Proceedings of the 43rd European Physical Society Conference on Plasma Physics(2016) P5.001
[3]成嶋吉朗 他、プラズマ・核融合学会 第33回年会 30aP56
[4]成嶋吉朗 他、第11回 核融合エネルギー連合講演会 14P086

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成28年度は平成27年度の火災事故の影響によりLHD実験の開始が当初の予定よりも大幅に遅れたが、磁気島の計測のための計測系の整備を進めることができた。また、これまで得られていたデータを丁寧に解析した結果、スピンオフ的にデタッチプラズマにおける磁気島の振舞いについて興味深い新たな発見を得ることができた。すなわち、これまで経験則的に外部摂動磁場の印加によってデタッチ状態が達成されることが分かっていたが、本質的なことは磁気島の構造ではなく、外部摂動磁場で生成された磁気島を増強させる何らかのメカニズムであることが示唆された。海外の共同研究者との議論を通じて、磁気島の理解が進んだこともあり、実験の遅れに伴う状況を十分に補っていると思われる。したがって、進捗状況はおおむね順調に進展している状況にあると考えることができる。

Strategy for Future Research Activity

ヘリカル型核融合炉における平衡磁場配位の自己修復機能の解明を基本として研究を進める。平成29年度にはLHDにおける重水素を用いた実験が開始されており、磁気島の振舞いに対する同位体効果に着目した実験を進める。軽水素と重水素において、磁気島の拡大または縮小の条件にどのような違いが見られるのかを実験的に明らかにする。デタッチプラズマと磁気島との関係については、これまでの磁気島研究で得られた知見を活用し、同じ磁場構造においても異なる条件を見出すことで、実験結果の説明ができるものと考えられる。研究成果については、国際学会(第44回欧州物理学会、第21回国際ステラレータヘリオトロンワークショップ)および国内学会(プラズマコンファレンス2017)などで発表を行い、参加者との議論を実施する。

Causes of Carryover

USB2.0リピーターケーブル（9,566円）については、平成29年3月中に納品されたが、事務手続きの関係上平成29年4月7日に支払をしているため、平成28年度内の支出には計上されず、平成29年度に繰り越され、平成29年度の収支簿に掲載されため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成29年5月24日現在ですでに執行済みであるため、今後の執行計画に支障はない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] エネルギー環境技術研究センター(CIEMAT)(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: エネルギー環境技術研究センター(CIEMAT)
• [Int'l Joint Research] RFX研究所(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: RFX研究所
• [Int'l Joint Research] ウィスコンシン大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ウィスコンシン大学
• [Presentation] LHDのデタッチプラズマ形成時に観測される種々の共鳴摂動磁場構造 (2016)
  • Author(s): 成嶋吉朗、小林政弘、田中宏彦、榊原悟、大舘聡、 鈴木康浩、渡邊清政、武村勇輝、大野哲靖、LHD実験グループ
  • Organizer: プラズマ・核融合学会 第33回年会
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] Observations of sustained phase shifted magnetic islands from externally imposed m/n = 1/1 RMP in LHD (2016)
  • Author(s): Y. Narushima, S. Sakakibara, Y. Suzuki, K. Y. Watanabe, S. Ohdachi, Y. Takemura, M. Yoshinuma, K. Ida, F. Castejon, D. Lopez-Bruna, C. C. Hegna, M. Kobayashi, H. Tanaka, T. Akiyama, N. Ohno, and the LHD Experiment Group
  • Organizer: 26th IAEA FEC
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LHDのデタッチ放電におけるプラズマ応答磁場構造 (2016)
  • Author(s): 成嶋吉朗, 小林政弘, 田中宏彦, 榊原悟, 鈴木康弘, 渡邊清政,大舘暁, 武村勇輝, 秋山毅志, 大野哲靖, LHD実験グループ
  • Organizer: 第11回 核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 福岡県福岡市西区
  • Year and Date: 2016-07-14 – 2016-07-15
• [Presentation] Structure of resonant magnetic perturbation in LHD detached plasma (2016)
  • Author(s): Y. Narushima, M. Kobayashi, H. Tanaka, S. Sakakibara, Y. Suzuki, K. Y. Watanabe, S. Ohdachi, Y. Takemura, T. Akiyama, N. Ohno, F. Castejon, D. Lopez-Bruna and the LHD Experiment Group
  • Organizer: 43rd European Physical Society Conference on Plasma Physics
  • Place of Presentation: Leuven, Belgium
  • Year and Date: 2016-07-04 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research