2019 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of dynamic interaction among turbulence, flow, and solitary eddy in a linear magnetized plasma
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17K14897
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
荒川 弘之 島根大学, 学術研究院理工学系, 准教授 (00615106)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ乱流 / 孤立渦 / 帯状流 / プラズマ計測 / 乱流輸送 / レーザー誘起蛍光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、直線磁化プラズマ乱流実験において、 乱流(ドリフト波タイプ)と流れ(帯状流)に加えて、乱流よりも寿命が長く、周方向及び径方向にローカルな構造である“孤立渦”のダイナミクスを解明することを目標としている。令和元年度では、以下の成果を得た。
外部制御パラメータである磁場強度(ラーマ半径)・中性粒子ガス圧(イオン-中性粒子衝突周波数)を変化させ、乱流と帯状流の強度マップを作成した。孤立渦が形成された条件は、帯状流強度が相対的に小さい条件であった。孤立渦は流れに大きな影響を及ぼすことが分かっているため、帯状流強度が小さい場合においても、孤立渦形成により、乱流輸送が大きく変化する可能性があることを明らかにした。
平成３０年度の研究成果で得られた、乱流よりも寿命が短く、周方向及び径方向にローカルな構造である“飛沫”構造について、新規解析方法開発により、飛沫のより高時間分解能な２次元構造を得た。この構造は、ラーマー半径よりも小さい構造を持っていた。これまでのバイスペクトル解析の結果とあわせて、“飛沫”は、孤立渦構造と同期して形成される“コヒーレントな構造”を持つことが分かった。
S/Nの良い流れ計測を行うため、トモグラフィーの技術を応用したベクトルトモグラフィーをレーザー誘起蛍光法(LIF法)へ適用した。乱流数値シミュレーション結果を用い、多点ラングミュアプローブとLIF法との条件付き平均により、計測を行った際に得られる結果を模擬した。結果、準秩序構造を持つ乱流条件において、レイノルズ応力が再現可能なことを明らかにした。実証実験も同様に行い、これまで得られなかったプラズマの端部分において、平均流速の観測に成功した。局所乱流構造の観測には、より統計量を増やす必要があり、レーザー機器の長時間(数時間以上)の安定化が課題となることが分かった。
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[Journal Article] Ion temperature measurement by laser‐induced fluorescence spectroscopy in panta2019
Author(s)
Hirotyuki Arakawa, Inagaki Shigeru, Yusuke Kosuga, Makoto Sasaki, Fumiyoshi Kin, Kazunobu Hasamada, Kotaro Yamasaki, Tatsuya Kobayashi, Takuma Yamada, Yoshihiko Nagashima, Akihide Fujisawa, Naohiro Kasuya, Kimitaka Itoh, Sanae I. Itoh
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Journal Title
IEEJ TRANSACTIONS ON ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING
Volume: 14
Pages: 1450-1454
DOI
Peer Reviewed
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