Heating and current drive in an extremely high-beta torus due to excitation of low-frequency wave

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K06939
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 浅井 朋彦 日本大学, 理工学部, 教授 (00386004)
• 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) ; 高橋 俊樹 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (10302457) ; 関口 純一 日本大学, 理工学部, 助手 (40755419) ; 高橋 努 日本大学, 理工学部, 教授 (50179496)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: アルヴェン波 / 波動加熱 / 高ベータ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，極限的に高いベータ値（β～１）を持つことから，高効率でコンパクトであり，また，D-3Heやp-11Bといった先進燃料核融合炉を実現する可能性を有する磁場反転配位（Field-Reversed Configuration：FRC）について，中性粒子ビーム入射（Neutral Beam Injection：NBI）を補完する加熱・電流駆動法として，低周波波動印加の励起とその伝播特性を観測し，加熱特性などを検証することを目的としている。
平成28年度までにアップグレードを完了したFRC衝突・合体実験装置FAT-CMは，２つの逆磁場シータピンチ型FRC生成部を持ち，生成されたFRCを秒速400 －500kmで閉じ込め部へ移送，衝突合体させることで，捕捉磁束が大きく，高温・高密度なFRCを生成する装置であり，国内では唯一本グループのみで実施されている特色ある実験課題である。
平成30年度は，このFAT装置に対して，前年度までに整備された波動印加用のアンテナおよび駆動用の電源を接続して低周波磁場を印加し，FRC内に低周波波動を励起することで，その伝播，減衰の様子を観測した。
この結果，閉じ込め磁場の１～２割という強い振動磁場を印加してもFRCはその巨視的安定性を維持することが確認された。また，内部磁気プローブアレイを用いた計測では，低周波磁場の印加によりセパラトリックス内に波動が励起され，これらの実験結果から，アルヴェン速度で主に軸方向に伝播し，減衰することが確認された。これらの実験結果をもとに，群馬大学等と連携しながら加熱効率やそれを向上する方法等について検証を進めた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of California at Irvine/TAE Technologies, Inc.(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of California at Irvine/TAE Technologies, Inc.
• [Journal Article] Collisional merging formation of a field-reversed configuration in the FAT-CM device (2019)
  • Author(s): Tomohiko Asai, Tsutomu Takahashi, Junichi Sekiguchi, Daichi Kobayashi, Shigefumi Okada, Hiroshi Gota, Thomas Roche, Michiaki Inomoto, Sean Dettrick, Yung Mok, Michl W Binderbauer, Toshiki Tajima and Toshiki Takahashi
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 59 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab0c45
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Collisional Merging of Field-Reversed Configurations in the FAT-CM Device Form Targets for the Excitation of Low-Frequency Waves (2019)
  • Author(s): Akiyoshi HOSOZAWA, Tomohiko ASAI, Tsutomu TAKAHASHI, Junichi SEKIGUCHI, Kouji HIROHASHI, Sigefumi OKADA, Hiroshi GOTA, Thomas ROCHE, Michiaki INOMOTO and Toshiki TAKAHASHI
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 14 Pages: 2402041-1～5
  • DOI: 10.1585/pfr.14.2402041
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hybrid Simulation Study on Anisotropic Response of Ions to a Low-FrequencyWave in a Field-Reversed Configuration (2019)
  • Author(s): Takahiro URANO, Toshiki TAKAHASHI, Akiyoshi HOSOZAWA, Tomohiko ASAI and Shigefumi OKADA
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 14 Pages: 1203064-1~2
  • DOI: 10.1585/pfr.14.1203064
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hybrid Simulation of a High-Beta Linear Plasma Column Applied with a Low Frequency Wave (2019)
  • Author(s): Takahiro URANO, Toshiki TAKAHASHI, Akiyoshi HOSOZAWA, Tomohiko ASAI, Shigefumi OKADA
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 14 Pages: 2403022-1～5
  • DOI: 10.1585/pfr.14.2403022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 低周波振動磁場へのFRCプラズマの応答 (2019)
  • Author(s): 細澤明好，浅井朋彦，高橋努，関口純一，小林大樹，飯嶋祐佳，巽ありさ，岡田成文，郷田博司，Thomas Roche，井通暁，高橋俊樹
  • Organizer: 第35回 プラズマ・核融合学会 年会
• [Presentation] 分割型Sin-Cosプローブによる磁場反転配位プラズマのトロイダルモード解析 (2019)
  • Author(s): 廣橋光始，長田昌之，関口純一，浅井朋彦，高橋努
  • Organizer: 第35回 プラズマ・核融合学会 年会
• [Presentation] FRC衝突合体実験における中性子計測のための高速応答検出器の開発 (2019)
  • Author(s): 佐原直人，小川 洋，関口純一，髙橋 努，浅井朋彦，Richard Magee
  • Organizer: 平成31年電気学会全国大会
• [Presentation] 衝突合体FRC生成における衝突速度の制御 (2018)
  • Author(s): 廣瀬陽介，年木健，関口純一，浅井朋彦，高橋努
  • Organizer: 第35回 プラズマ・核融合学会 年会
• [Presentation] COLLISIONAL MERGING FORMATION OF A FIELD-REVERSED CONFIGURATION IN THE FAT-CM DEVICE (2018)
  • Author(s): T. ASAI, J. SEKIGUCHI, T. TAKAHASHI, Y. NAGAYAMA, S. OKADA, NIHON UIVERSITY H. GOTA, T. ROCHE, S. DETTRICK, M.W. BINDERBAUER, T. TAJIMA, M. INOMOTO, T. TAKAHASHI
  • Organizer: US-Japan Workshop on Compact Tori
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collisional Merging of a Field-Reversed Configuration in the FAT-CM Device (2018)
  • Author(s): T. Asai, J. Sekiguchi1, T. Takahashi1, J. Ishiwata, N. Ono, F. Tanaka, A. Hosozawa, D. Kobayashi, S. Okada, H. Gota, T. Roche, S. Dettrick, Y. Mok, M. W. Binderbauer, T. Tajima, M. Inomoto, and T. Takahashi
  • Organizer: 27th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collisional merging formation of a field-reversed configuration for excitation of low-frequency wave in the FAT-CM device (2018)
  • Author(s): A. Hosozawa, T. Asai, Ts. Takahashi, J. Sekiguchi, K. Hirohashi, S. Okada, H. Gota, T. Roche, M. Inomoto, To. Takahashi
  • Organizer: 12th International Conference on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement (OS2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁場反転配位（FRC）プラズマにおける低周波波動励起実験 (2018)
  • Author(s): 細澤明好，浅井朋彦，高橋努，関口純一，廣橋光始，岡田成文，郷田博司，Thomas Roche， 井道暁，高橋俊樹，浦野貴弘
  • Organizer: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [Presentation] Internal Magnetic Field Measurements of Translated and Merged Field-Reversed Configuration Plasmas in the FAT-CM Device (2018)
  • Author(s): Hiroshi Gota, Junpei Ishiwata, Fumiyuki Tanaka, Akiyoshi Hosozawa, Tomohiko Asai , Tsutomu Takahashi, Junichi Sekiguchi, Thomas Roche, Sean Dettrick, Yung Mok, Michl Binderbauer, Toshiki Tajima
  • Organizer: 22nd Topical Conference on High Temperature Plasma Diagnostics
  • Int'l Joint Research