Clarification of the complexity of ion dynamics interacted with waves

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K03574
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Ikezoe Ryuya 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (70582849)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 複雑性 / イオンダイナミクス / 時系列データ解析 / C-Hマップ / 高エネルギーイオン / アルベン波動 / ピッチ角散乱 / イオン検出器

Outline of Final Research Achievements

We analyzed the complexity of time-series data with the aim of understanding the process of determining complexity in high-temperature magnetized plasmas. How to obtain a signal that strongly reflects a specific physical process is important in experiments. In this study, we focused on the characteristics of high-temperature mirror plasma and measured the high-energy ion flux transported along the magnetic field lines by interaction with waves with high accuracy. We have succeeded in investigating the complexity of ion dynamics, which reflects the interaction with waves that was not visible in plasmas dominated by Coulomb collisions. Experiments have shown that evaluation using Jensen-Shannon complexity and permutation entropy is sensitive to waves, and that the effects of waves through pitch angle scattering change the complexity of ion dynamics.

Free Research Field

プラズマ科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

太陽風プラズマは非常に多スケールの乱流が発達しているためにストキャスティックな信号を示すと言われていますが、実験室プラズマではそうではありません。物理素過程と信号の複雑性についての理解を深めることで、多点計測が困難な宇宙プラズマで起きている現象と地上での実験結果とをリンクさせて解明したり、核融合炉の実現に求められる乱流輸送の理解へと繋げることが可能です。本研究では磁力線に沿って流れてくるイオンを高時間分解能で直接測定できる検出器とプラズマ実験装置を用い、波動がイオンの統計的複雑性に影響することを実験で初めて示しました。