Study of macro- and micro-scale plasma heating during merging/reconnection startup of high beta spherical tokamak

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K20921
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 田辺 博士 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30726013)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: プラズマ・核融合 / プラズマ診断 / 磁気リコネクション

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、トーラスプラズマ合体法を用いた高ベータ球状トカマク生成実験の基盤となる物理過程である、磁気リコネクションを介したエネルギー解放現象について、東京大学TS-3/UTST実験および、英国カラム研究所における世界最大の大型球状トカマク合体実験と連携し、磁力線がつなぎ変わるX点近傍のミクロな領域および、リコネクションアウトフローが散逸するマクロな領域双方における、加熱構造の詳細を明らかにすることを目的として2年計画で研究を実施した。
本研究の遂行にあたり、従来7×5点の2次元計測として運用してきたイオンドップラートモグラフィによるイオン温度計測の空間分解能拡充に着手した。MAST・UTSTでは径方向1次元に空間分解能を集中した32CH・50CH分光システムを整備してMASTの1次元高精細トムソン散乱計測による電子温度・密度計測と連携した実験を実施。一方、TS-3では新しい技術としてマルチスリット分光技術(詳細は成果報告書に記載)を導入して計測点数を96CHまで拡張することにより、プラズマ放電の再現性を必要としない新しい高精細2次元計測を開発した。
同実験研究は、とりわけMASTにおける国際共同研究において大きな進展が得られた。合体下流におけるグローバルなイオン加熱に加えて、とりわけ新しい成果としてX点近傍のミクロな領域に局在化した電子加熱構造、再結合磁場がなす磁気面上における閉じ込めを反映したリング状のイオン加熱構造、そして同構造の電子-イオンエネルギー緩和時間以上の閉じ込めによるエネルギー緩和過程(X点近傍におけるイオン加熱・合体下流の磁気面における電子加熱)が初めてクリアにとらえられた。MAST実験では合体中のリコネクション磁場計測不在の課題があったが、東京大学における局所磁場計測と合わせた実験により同シナリオ通りの構造形成が確認され、順調に研究遂行を完了した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CCFE/Tokamak Energy(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: CCFE/Tokamak Energy
• [Int'l Joint Research] National Cheng Kung University(台湾)
  • Country Name: その他の国・地域
  • Counterpart Institution: National Cheng Kung University
• [Int'l Joint Research] General Atomics/Washington University/PPPL(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: General Atomics/Washington University/PPPL
• [Int'l Joint Research] Australian National University(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: Australian National University
• [Journal Article] Investigation of merging/reconnection heating during solenoid-free startup of plasmas in the MAST Spherical Tokamak (2017)
  • Author(s): H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. J. Conway, C. Michael, B. Crowley, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. G. McClements, J. Harrison, T. O'Gorman, C. Z. Cheng, Y. Ono and The MAST Team
  • Journal Title: Nucl. Fusion Volume: 57 Pages: 056037 (8pp)
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa6608
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Recent progress of magnetic reconnection research in the MAST spherical tokamak (2017)
  • Author(s): H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, C. Michael, B. Crowley, N. J. Conway, R. Scannell, J. Harrison, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. G. McClements, T. O'Gorman, C. Z. Cheng, Y. Ono, and MAST Team
  • Journal Title: Phys. Plasmas Volume: 24 Pages: 056108 (7pp)
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4977922
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Application of Tomographic Ion Doppler Spectroscopy to Merging Plasma Startup in the MAST Spherical Tokamak (2016)
  • Author(s): H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, K. Kadowaki, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. J. Conway, B. Crowley, K. G. McClements, I. Fitzgerald, C. Michael, J. Harrison, A. Meakins, N. Hawkes, T. O’Gorman, C. Z. Cheng, Y. Ono, and the MAST Team
  • Journal Title: Plasma and Fusion Res. Volume: 11 Pages: 1302093 (4pp)
  • DOI: http://doi.org/10.1585/pfr.11.1302093
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Localized electron heating during magnetic reconnection in MAST (2016)
  • Author(s): T. Yamada, H. Tanabe, T. G. Watanabe, Y. Hayashi, R. Imazawa, M.Inomoto, Y. Ono, M. Gryaznevich, R. Scannell, C. Michael and The MAST Team
  • Journal Title: Nucl. Fusion Volume: 56 Pages: 106019 (7pp)
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1088/0029-5515/56/10/106019
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Fine structure formation of high field reconnection experiment in MAST and univ. Tokyo (2017)
  • Author(s): H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, H. Koike, A. Kuwahata, H. Yamanaka, K. Kimura, M. Narita, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, T. O'Gorman, K. G. McClements, C. Z. Cheng, Y. Ono and the MAST team
  • Organizer: The US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection (MR2017)
  • Place of Presentation: ひめぎんホール(愛媛県松山市)
  • Year and Date: 2017-03-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] マルチスリット分光法を用いた高スループット・高精細イオンドップラートモグラフィ計測の開発 (2016)
  • Author(s): 田辺 博士, 小池 秀弥, 木村 心, 佐藤 直也, 成田 穂, 小野 靖
  • Organizer: 第33回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] Recent progress of magnetic reconnection research in the MAST spherical tokamak (2016)
  • Author(s): H. Tanabe
  • Organizer: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • Place of Presentation: San Jose, USA
  • Year and Date: 2016-10-31
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Investigation of Merging/reconnection Heating during Solenoid-free Startup of Plasmas in the MAST Spherical Tokamak (2016)
  • Author(s): H. Tanabe, T. Yamada, K. Gi, T. Watanabe, K. Kadowaki, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. J. Conway, C. Michael, B. Crowley, J. Harrison, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. G. McClements, T. O’Gorman, C. Z. Cheng and the MAST team
  • Organizer: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-10-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 合体加熱を応用したCS-less立ち上げ研究の最近の進展 (2016)
  • Author(s): 田辺 博士, 山田 琢磨, 渡辺 岳典, 魏 啓為 , 門脇 和丈, 井通暁, 今澤良太, M. Gryaznevich, C. Michael, N. Conway, R. Scannell, B. Crowley, K. McClements, C. Z. Cheng, 小野 靖, the MAST team
  • Organizer: 「球状トカマク炉のための非誘導電流駆動等の要素技術の開発」研究会
  • Place of Presentation: 核融合科学研究所(岐阜県多治見市)
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] Ion and Electron Heating Characteristics of Magnetic Reconnection in MAST Spherical Tokamak (2016)
  • Author(s): H. Tanabe, T. Yamada, R. Imazawa, M. Inomoto, C. Z. Cheng, Y. Ono and the MAST team
  • Organizer: 41st COSPAR Scientific Assembly
  • Place of Presentation: Istanbul, Turkey (トルコ治安情勢により会議開催中止)
  • Year and Date: 2016-08-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Application of high power reconnection heating for solenoid-less startup of spherical tokamak in MAST (2016)
  • Author(s): H. Tanabe, T. Yamada, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, B. Crowley, C. Michael, K. G. McClements, M. Inomoto, C. Z. Cheng, Y. Ono and the MAST team
  • Organizer: The 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
  • Place of Presentation: Kaohsiung, Taiwan
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 所属研究室HP (小野・井研究室)
  • URL: http://tanuki.t.u-tokyo.ac.jp/