2019 Fiscal Year Annual Research Report
トーラスプラズマのHモード輸送障壁形成の定量的研究
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16H02442
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
伊藤 公孝 中部大学, 先端研究センター, 特任教授 (50176327)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
居田 克巳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00184599)
神谷 健作 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (60360426)
伊藤 早苗 九州大学, 応用力学研究所, 協力研究員 (70127611) [Withdrawn]
佐々木 真 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (70575919)
杉田 暁 中部大学, 中部高等学術研究所, 准教授 (20650708)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | H-モード / 輸送障壁モデル / 径電場分岐理論 / 多スケール乱流物理学 / 実験検証 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに、バリア構造のモデルを開拓し、乱流輸送の抑制の検証法を構想した。そして、電場形成・遷移および乱流抑制の実験検証を進めた。またコアのヒステリシスとの統合を考えた。水素同位体効果や粒子補給に伴う乱流駆動、電場曲率効果の新しい機構なども見出した。計画は極めて順調に進展し、予想以上の広がりが実現している。
特に次のようなテーマについて研究成果が上がった。まず、輸送障壁内の乱流輸送を研究した。かねてより分担者らによって、イオンスケールの揺動と短波長揺動の複数の種類の乱流揺動が存在する場合、両者を抑制する径電場の閾値に違いがある事、輸送障壁が空間的・時間的に二段階の遷移を示しうる事が理論的に指摘されている。二段階遷移をJT-60U実験データで検証した。次に、障壁内の乱流共存という問題の例として、ドリフトモードとダンジェロモードの共存の研究を進めた。障壁内には、局在した強い径電場によって磁力線に沿った強い流れも生まれている。そのため、径電場が強くなりすぎるとダンジェロモードが発生する。このことがType-III ELMと呼ばれる崩壊現象の源であるという仮説を提示するとともに、HL-2Aトカマク装置で検証を始めた。また、粒子補給に伴う乱流駆動という新しい機構に着目することによって、表面乱流の起源について新しい見方を提示した。更にトカマクの内部崩壊現象では、エネルギーパルスだけではなく、乱流塊も周辺に速く伝播することを見出した。乱流塊伝播のH-モード遷移への影響機構の研究を進めた。そして、分担者を増員し、これまでの研究成果をさらに広い自然界の問題に応用し波及効果を増すことにも務めた。以上のように、理論モデルと実験との比較が進められ揺動計測の実験データ解析も充実し、レビュー論文に成果を取りまとめた。こうした成果は、何十年来知られていた未解明問題に取り組む新たな糸口となるだろう。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
障壁内には、局在した強い径電場によって、ポロイダル方向の強い流れだけではなく磁力線に沿った強い流れも生まれている。そのため、径電場が強くなりすぎるとダンジェロモードが発生する。このことがType-III ELMと呼ばれる崩壊現象の源であるという仮説を提示した。輸送障壁が空間的にまたは時間的に二段階の遷移を示すことを実験データで検証した。プラズマ中央部での崩壊現象が、乱流塊と急峻な径電場の伝播を生み、それが遷移を引き起こしていることを観測した。こうした成果は、何十年来知られていた未解明問題に取り組む新たな糸口となると期待される。予想以上に進展して居ると結論する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は最終年度であるので、次のようなテーマについて選び研究を進めるとともに、成果を総括して広く発信する。研究テーマの重点を述べると、(1)理論モデルと実験との比較が進められ、揺動計測の実験データ解析も充実しつつある。この流れをさらに充実させ、研究統合を発展させる。(2)次に、輸送障壁内の乱流輸送を研究する。即ち、径電場の曲率による乱流排斥の効果・輸送障壁の二段階遷移・ドリフトモードとダンジェロモードの共存の効果、などの研究を進める。(3)粒子補給に伴う乱流駆動や揺動塊がプラズマ外に流出する効果、などという新しい機構に着目することによって、輸送障壁がより安定化される機構を理論的に研究する。(4)トカマクの内部崩壊現象がもたらす乱流塊と急峻な径電場の伝播を研究し、遷移を引き起こす物理機構を研究する。(5)これまでの研究によって培われた輸送障壁の描像を、さらに広い自然界の問題に応用し波及効果を増すことにも務める。
国際共同データ解析の活動もふくめて、本計画で示される物理モデルの第一原理的な実験観測の方法も考察を続ける。実験研究・観測を指導していく。それらの国際的共同実験研究のとりまとめにも寄与する。
理論・実験等について得られた成果を取りまとめ、広く成果を発信する。
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