Physical Mechanism of Self-Organization in Magnetospheric Plasmas: Focusing on Heat and Particle Transport

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K13525
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 釼持 尚輝 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80781319)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 磁気圏型プラズマ / 自己組織化 / 熱・粒子輸送 / 核融合 / トムソン散乱計測 / 深層学習

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、天体磁気圏が高ベータプラズマを自発的に閉じ込めるメカニズムを解明するため、RT-1装置を用い自発的に形成される高ベータプラズマの熱・粒子特性を明らかにすることである。局所電子温度・密度分布を非接触・不干渉かつ幅広い温度密度領域で計測できるレーザートムソン散乱計測やイメージング計測のトモグラフィー法は、本研究目的である、高ベータプラズマの局所計測を基にした輸送の議論に最適である。本研究により内向き拡散のメカニズムについて以下に示す2つの新しい知見を得られた。(i)トムソン散乱計測による局所温度・密度計測や、深層学習を用いたトモグラフィ法をライン比分光イメージング計測に適用し、内向き拡散により自発的に形成されるピークした密度分布を詳細に可視化した。内向き拡散によりコイル付近の高磁場領域にピークした密度分布が形成されていることが明らかになった。(ii)放電中に中性ガスを入射することで、ピークした密度分布が再構成される際に低周波揺動が励起されることを発見し、揺動の時空間構造の詳細計測から以下の3点が明らかにした。(1)内向き拡散中には1kHzの電子反磁性方向に伝搬する揺動が発生し、内向き拡散が終了しピークした密度が形成された後は1kHzの揺動は消え、イオン反磁性方向に伝搬する0.7kHzの揺動が支配的になる。(2)電子密度の上昇に伴い、低周波揺動の強度とトロイダル方向の位相速度が上昇するが、プラズマ圧力への依存性は低いことから、低周波揺動を駆動する自由エネルギーは密度分布の再構築であることが示唆された。(3)揺動の伝搬方向が密度分布形状に依存することから、ドリフト波不安定性との関連が示唆される。令和4年度は、本研究成果を発展させるため、プラズマフローのアクチュエーターとしてRT-1装置へのプラズモイド入射のためのプラズマガンの設計・製作も進めた。

Remarks

第17回日本物理学会若手奨励賞受賞
受賞タイトル「磁場閉じ込めプラズマの非局所輸送に関する実験的研究」

Research Products

• [Int'l Joint Research] ウィスコンシン大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ウィスコンシン大学
• [Journal Article] Preceding propagation of turbulence pulses at avalanche events in a magnetically confined plasma (2022)
  • Author(s): Kenmochi N.、Ida K.、Tokuzawa T.、Yasuhara R.、Funaba H.、Uehara H.、Den Hartog D. J.、Yamada I.、Yoshinuma M.、Takemura Y.、Igami H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: 6979
  • DOI: 10.1038/s41598-022-10499-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Absorption Analysis of Electron Cyclotron Waves in the Magnetospheric Plasma Device RT-1 (2022)
  • Author(s): MORI Takahiro、NISHIURA Masaki、KENMOCHI Naoki、Ueda Kenji、Nakazawa Takuya、Yoshida Zensho
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 17 Pages: 2405090～2405090
  • DOI: 10.1585/pfr.17.2405090
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Collective Thomson scattering diagnostic with in situ calibration system for velocity space analysis in large helical device (2022)
  • Author(s): Nishiura Masaki、Adachi Shun、Tanaka Kenji、Kubo Shin、Kenmochi Naoki、Shimozuma Takashi、Yanai Ryoma、Saito Teruo、Nuga Hideo、Seki Ryosuke
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 93 Pages: 053501～053501
  • DOI: 10.1063/5.0079296
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 磁場閉じ込めプラズマの非局所輸送に関する実験的研究 (2023)
  • Author(s): 釼持尚輝
  • Organizer: 日本物理学会 2023年春季大会
  • Invited
• [Presentation] 敵対的生成ネットワークを用いた プラズマ加熱制御のための エッジAIシステムの開発 (2022)
  • Author(s): 釼持尚輝, 辻村亨, 水野嘉識, 舟場久芳, 安原亮, 山田一博, 上原日和, 吉村泰夫, 西浦正樹, 伊神弘恵, 高橋裕己, 矢内亮馬
  • Organizer: 第39回プラズマ・核融合学会年会
• [Presentation] Preceding propagation of turbulence pulses at heat avalanche events (2022)
  • Author(s): N. Kenmochi, K. Ida, T. Tokuzawa, R. Yasuhara, H. Funaba, H. Uehara, D. J Den Hartog, I. Yamada, M. Yoshinuma, H. Igami
  • Organizer: 64th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Propagation characteristics of preceding turbulence pulses at avalanche events (2022)
  • Author(s): N. Kenmochi, K. Ida, T. Tokuzawa, R. Yasuhara, H. Funaba, H. Uehara, D. J, Den Hartog, I. Yamada, M. Yoshinuma, H. Igami
  • Organizer: 6th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 熱雪崩現象において先行伝搬する乱流パルスの特性 (2022)
  • Author(s): 釼持尚輝, 居田克巳, 徳澤季彦, 安原 亮, 舟場久芳, 上原日和, D. J. Den Hartog, 山田一博, 吉沼幹朗, 武村勇輝, 伊神弘恵
  • Organizer: 第14回核融合エネルギー連合講演会
• [Remarks] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/nkenmochi/