2018 Fiscal Year Annual Research Report
Pulsed and High Power Reconnection Heating Experiments for Tokamak Plasma Ignition
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15K14279
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小野 靖 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30214191)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井 通暁 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00324799)
田辺 博士 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30726013)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 磁気リコネクション / プラズマ合体 / イオン加速 / 球状トカマク / アルファ加熱 / アウトフロー / ショック / 電子加熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気リコネクション加熱を最大する手法を見出し，同加熱のみでイオン温度2keVを達成した。キーとなるイオン加熱のスケーリング則は，イオン温度が合体するトカマクの再結合磁場（ほぼポロイダル磁場Bp）の2乗に比例することがkeVを超えて実証できた。
第1に上記スケーリング則は，東京大学TS-3U, TS-6, カラム研究所MAST，トカマクエナジーST-40のトカマク合体実験で共通と判明し，スケーリング則通りのイオン加熱を得るには， (1) 電流シート幅をイオンラーマ半径程度まで圧縮して電流シートの異常抵抗をオンしてリコネクションを高速化し (2)リコネクション中の損失<<リコネクション加熱となる閉じ込めが必要とわかった。(1) はイオンのメアンダリング運動，LH不安定とドリフトキンクと考えられる不安定の誘起により電流シートの異常抵抗がオンされるため，ガイド磁場Bt依存性がほぼ無くなり，再結合磁場だけでアウトフロー速度，即ち加熱パワーが決まる。粒子(PIC)シミュレーションでも同スケーリング則をはじめて実証した。
第2にBtがゼロのリコネクション加熱は，再結合磁場程度の場合の2倍程度であるが，Bt>Bpのトカマク領域ではBtに依存しない点が実験とPICの双方で判明した。
第3にリコネクションのイオン加熱エネルギーは，合体するトカマクポロイダル磁気エネルギーの40-50％とわかった。
第4に合体実験ではイオン加熱は電子加熱の５倍程度であるが，スラブモデルによるPICでは2倍程度で，境界条件に依存する。
以上の成果は，2018年アジア太平洋物理学会年会をはじめとする招待講演11件，IAEA Fusion Energy 2018の日本代表論文に4件選定され，ベンチャー企業Tokamak Energy社のST-40実験の主加熱に採用されてkeVを記録するなど，内外より高く評価されている。
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Research Products
(31 results)
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[Journal Article] Effects of Reconnection Downstream Conditions on Electron Parallel Acceleration during Merging Start-Up of Spherical Tokamak2019
Author(s)
Michiaki Inomoto, Tomohiko Ushiki, Xuehan Guo, Takumichi Sugawara, Kyohei Kondo, Takumi Mihara, Yusuke Minami, Yuki Inai, Hiraku Kaneko, Ryoma Yanai,; Yoshifumi Takahata, Hiroshi Tanabe, Yasushi Ono, A. Sanpei,; Shuji Kami
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 印刷中
Pages: -
Peer Reviewed
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[Journal Article] Scaling study of reconnection/ merging heating of spherical tokamak plasmas for direct access to burning plasmas2018
Author(s)
Y. Ono, M. Akimitsu, S. Kamiya, H. Tanaka, S. Inoue, A. Sawada, A. Borade, Q, Cao, M. Inomoto, H. Tanabe, C. Z. Cheng, R. Horiuchi, S. Usami
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Journal Title
Fusion Energy 2018
Volume: EXP/P3-24
Pages: 1-8
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Effects of Reconnection Downstream Conditions on Electron on Prallel Acceleration during Sart-Up of Spherical Tokamak2018
Author(s)
M. Inomoto, T. Ushiki, X. Guo, T. Sugawara, K. Kondo, T. Mihara, Y. MIinami, Y. Inai, R. Yanai, Y. Tatahata, H. Tanabe, Y. Ono, A. Sanpei, S. Kamio,
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Journal Title
Fusion Energy 2018
Volume: EXP/P7-17
Pages: 1-8
Peer Reviewed
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[Presentation] caling study of reconnection/ merging heating of spherical tokamak plasmas for direct access to burning plasmas2018
Author(s)
Y. Ono, M. Akimitsu, S. Kamiya, H. Tanaka, S. Inoue, A. Sawada, A. Borade, Q, Cao, M. Inomoto, H. Tanabe, C. Z. Cheng, R. Horiuchi, S. Usami
Organizer
Fusion Energy Conference 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Effects of Reconnection Downstream Conditions on Electron on Prallel Acceleration during Sart-Up of Spherical Tokamak2018
Author(s)
M. Inomoto, T. Ushiki, X. Guo, T. Sugawara, K. Kondo, T. Mihara, Y. MIinami, Y. Inai, R. Yanai, Y. Tatahata, H. Tanabe, Y. Ono, A. Sanpei, S. Kamio
Organizer
Fusion Energy Conference 2018
Int'l Joint Research
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