Experimental verification of beta effect on symmetry and heat/turbulent transport in advanced heliotron configuration

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01875
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小林 進二 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (70346055)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大島 慎介 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (00469610) [Withdrawn] ; 鈴木 康浩 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (20397558) ; 仲田 資季 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (40709440)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ヘリカル系配位 / ベータ効果 / 熱輸送 / 統計加速

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、先進ヘリカル配位におけるベータ効果を実験的に検証する事を目的とした研究を進めた。本年度は(1)高密度プラズマにおける輸送改善と高ベータプラズマ生成の調査、(2)新しいプラズマ着火手法の物理の理解について進展が得られた。以下にそれぞれの概要を記す。
(1)本研究課題で提案したガス導入法（高強度単パルスガスパフ:HIGP）を用いることで、NBI加熱プラズマで中心電子温度が350eVを超え、かつ尖塔化する現象が見いだされた。通常のガス供給法によるプラズマ生成と比べると熱輸送係数として数分の一以下であり、ヘリカル系配位においてNBI加熱のみで電子系の熱輸送が改善された初めての事例であることを示している。加えて、この現象は広い密度範囲（平均電子密度で2-6x10^19 m^-3）で観測されることがわかり、高ベータプラズマ生成にとっても有効な運転方法であることが示された。この粒子補給法を利用して高ベータプラズマ生成をトライしたところ、磁場強度に対するベータ値の依存性が観測され、0.85Tで最も高いベータ値1.2%が観測された。
(2)本研究課題で提案された新しいプラズマ着火手法では、電子サイクロトロン共鳴のない条件でマイクロ波を入射することで実現している。このような条件下で電子の加速機構を調べたところ、ベキ関数型のエネルギースペクトルの観測、およびslow heatingの特徴がみられ、統計加速が起きていることがわかった。この現象は高強度レーザーを個体やガスターゲットに照射し高速の荷電粒子を生成する統計加速と比べると、規格化した電界強度換算で1/100以下の強度で実現できており、地上での新しい統計加速手法として新たな展開が期待できる。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Wisconsin(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Wisconsin
• [Int'l Joint Research] 国立科学センターハルキウ物理技術研究所(ウクライナ)
  • Country Name: UKRAINE
  • Counterpart Institution: 国立科学センターハルキウ物理技術研究所
• [Journal Article] Improvement of core heat transport in NBI plasmas of heliotron J using high-intensity gas puffing (2024)
  • Author(s): Wang C、Kobayashi S、Nagasaki K、Qiu D、Luo M、Zhang P、Watanabe K Y、Seki R、Miyashita A、Kondo Y、Inagaki S、Kin F、Minami T、Kado S、Ohshima S、Konoshima S、Mizuuchi T、Okada H
  • Journal Title: Plasma Physics and Controlled Fusion Volume: 66 Pages: 022001～022001
  • DOI: 10.1088/1361-6587/ad1ae6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Response of Energetic-Particle-Driven Magnetohydrodynamics (MHD) Instability to Modulated ECH in Heliotron J (2024)
  • Author(s): ZHONG Yao、NAGASAKI Kazunobu、WANG Zhibin、KOBAYASHI Shinji、INAGAKI Shigeru、MINAMI Takashi、KADO Shinichiro、OHSHIMA Shinsuke、KIN Fumiyoshi、WANG Chenyu、NAKAMURA Yuji、KONOSHIMA Shigeru、MIZUUCHI Toru、OKADA Hiroyuki、MARUSHCHENKO Nikolai、CHEN Jian
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 19 Pages: 1202008～1202008
  • DOI: 10.1585/pfr.19.1202008
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The observation of avalanche-like transport during confinement power degradation in Heliotron J (2023)
  • Author(s): Kin F.、Inagaki S.、Nagasaki K.、Luo M.、Minami T.、Ohshima S.、Kobayashi S.、Kado S.、Konoshima S.、Mizuuchi T.、Marushchenko N.
  • Journal Title: Physics of Plasmas Volume: 30 Pages: 112505-1-11
  • DOI: 10.1063/5.0167315
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of the resonance modification by electron cyclotron current drive on the linear and nonlinear dynamics of energetic particle driven magnetohydrodynamics modes in Heliotron J (2023)
  • Author(s): Adulsiriswad P.、Todo Y.、Yamamoto S.、Kado S.、Kobayashi S.、Ohshima S.、Okada H.、Minami T.、Nakamura Y.、Ishizawa A.、Konoshima S.、Mizuuchi T.、Nagasaki K.
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 64 Pages: 016036～016036
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ad0a0c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of a retroreflector array for 320-GHz interferometer system in Heliotron J (2023)
  • Author(s): Zhang P.、Ohshima S.、Zhao H.、Kobayashi S.、Kado S.、Minami T.、Kin F.、Miyashita A.、Iwata A.、Kondo Y.、Qiu D.、Wang C.、Luo M.、Konoshima S.、Inagaki S.、Okada H.、Mizuuchi T.、Nagasaki K.
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 94 Pages: 093501-1-8
  • DOI: 10.1063/5.0162649
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヘリオトロン型磁場配位における非共鳴波動加熱を利用した統計加速モデルの考察 (2023)
  • Author(s): 小林進二, 永岡賢一, 長﨑百伸, 稲垣滋, 藤田智大, 山戸瞭雅, 藤田駿, 大島慎介, 大垣英明, 紀井俊輝, 全炳俊, 門信一郎, 南貴司, 木島滋, 水内亨
  • Organizer: 日本物理学会第78 回年次大会, 東北大学川内キャンパス
• [Presentation] 磁場閉じ込めプラズマにおける統計加速とベキ関数型度数分布形成 (2023)
  • Author(s): 小林進二, , 統計数理研究所
  • Organizer: 情報・システム研究機構（ROIS）戦略的研究プロクラム2023年度シンポジウム
• [Presentation] ヘリオトロン型磁場配位における非共鳴波動加熱を用いた統計加速 (2023)
  • Author(s): 小林進二, 藤田智大, 山戸瞭雅, 永岡賢一, 長﨑百 伸, 稲垣滋, 川手朋子, 大垣英明, 紀井俊輝, 全炳 俊, 藤田駿, 門信一郎, 南貴司, 大島慎介, 木島滋, 水内亨
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Improvement of Core Heat Transport in NBI Plasmas of Heliotron J using High-Ontensity Gas Puffing (2023)
  • Author(s): CY. Wang, S. Kobayashi, K. Nagasaki, DC. Qiu, MY. Luo, PF. Zhang, K.Y. Watanabe, R. Seki, A. Miyashita, Y. Kondo, K. Inoshita, S. Inagaki, F. Kin, T. Minami, S. Kado, S. Ohshima, S. Konoshima, T. Mizzuchi, H. Okada
  • Organizer: 第40回プラズマ・核融合学会年会
• [Presentation] ヘリオトロンJ装置プラズマ計測診断の解説 (2023)
  • Author(s): 小林進二
  • Organizer: エネルギー理工学研究所ゼロエミッション共同研究キックオフ会議
• [Presentation] ヘリオトロンJにおける非共鳴マイクロ波加熱プラズマ中のX線エネルギー分布のシミュレーション (2023)
  • Author(s): 藤田智大, 小林進二, 長﨑百伸, 永岡賢一, 川手朋 子, 門信一郎, 南貴司, 大島慎介, 金史良, 王晨宇, 田附勇人, 山戸瞭雅, 藤田駿, 木島滋, 水内亨
  • Organizer: 第40回プラズマ・核融合学会年会
• [Presentation] LaBr3シンチレータを用いたヘリオトロンJプラズマの高エネルギーX線スペクトル計測 (2023)
  • Author(s): 山戸瞭雅, 小林進二, 大垣英明, 紀井俊輝, 全炳俊, 永岡賢一, 川手朋子, 稲垣滋, 岡田浩 之, 南貴司, 門信一郎, 大島慎介, 水内亨, 木島滋, 長﨑百伸
  • Organizer: 第40回プラズマ・核融合学会年会
• [Presentation] 磁力線で編んだかごの形状を工夫して高温のプラズマを閉じ込める (2023)
  • Author(s): 小林進二
  • Organizer: 令和5年度第1回シンビオ社会研究会講演会～先端エネルギー科学への招待～
• [Remarks] 非共鳴マイクロ波を用いたプラズマ生成―ウクライナ・ハルキウ物理技術研を共同研究で支援―
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2023-04-06-0
• [Remarks] ウクライナ・ハルキウ物理技術研を共同研究で支援
  • URL: https://www.iae.kyoto-u.ac.jp/new-iae/NewsRelease/JP/2023/02/23-110000.html
• [Remarks] PLADySホームページ
  • URL: https://www.iae.kyoto-u.ac.jp/plasma/pladys/index.html