2020 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of global transport of internal transport barrier in tokamak plasmas
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20K14446
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
金 史良 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 博士研究員 (40846747)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 内部輸送障壁 / 非局所輸送 / 電場シア / 電場曲率 / ニューラルネット / ノイズ除去 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はトカマクプラズマにおける内部輸送障壁(ITB)の大域的な輸送機構の理解を目指して、乱流と熱流束のダイナミクスと電場シア及び磁気シアの相互作用を空間多点同時計測・解析により実験的に検証することである。今年度はJT-60Uの実験データに対して、(1)ITB形成時の輸送と電場のダイナミクスの観測、(2)ITB形成後の輸送過渡応答解析、(3)プラズマの高時間分解能計測のためのニューラルネットを用いた解析手法の開発、をそれぞれ進展させた。(1)に関しては、磁気シアが定常的なプラズマにおけるITB形成時の電場シアを評価したところ、電場シアによる剪断流率は小さく従来提案されてきた微視的乱流抑制に十分でないことが判明した。またその時イオン熱流束は、ITB発現領域を超えた大域的な空間領域で同時に減少しITB形成へと推移していくことが観測された。これらの実験結果は、ITB形成が局所乱流抑制だけでは説明できないことを示唆しているため、電場シアに加えて電場曲率を含めた揺動抑制効果を導入して、大域的揺動の抑制モデルを検証し矛盾のない結果が得られた。(2)に関しては、ITBプラズマに対して周辺部から超音速分子ビームを入射した際のイオン熱輸送の応答を解析した。プラズマパラメータによっては、周辺部で発生したコールドパルスはITB領域内で非常に早く伝盤し、熱流束と局所温度勾配はそれぞれ独立した非局所的な応答を示すことが明らかとなった。非局所的応答は、ITBの幅が広くて圧力勾配の小さいプラズマで観測される傾向がみられ、到達できるITBの空間構造は大域的な輸送に規定されている可能性がある。(3)に関しては、分光計測データのスペクトル推定方法をニューラルネットを用いて開発し、分光器特性によっては従来の非線形回帰によるスペクトル推定に比べて推定誤差の小さいスペクトルが評価可能であることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
JT-60Uのデータ解析において、ITB形成時及び形成後の輸送と電場のダイナミクス解析を展開することにより、当初想定していた以上の研究成果が得られた。また遷移や過渡応答といったプラズマの早い変動の詳細観測を目的に、ニューラルネットを用いた分光計測のスペクトル推定方法を開発して、今後の実験に向けて計測の時間分解能向上が期待できる成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は大域的な熱流束の変動に対する乱流の寄与を解明していく。現在JT-60Uにおける反射計計測を用いた揺動測定データを解析している。乱流と電場の相互作用を実験的に観測することで、大域的な熱流束を生み出している背景機構を調査する。また新型コロナウイルス感染症の影響により予定していた米国のDIII-D装置での実験参加が難しいことから、九州大学のPANTA装置を用いて実験を実施して、大域輸送に及ぼす乱流の基礎過程を明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により当初予定していた学会や実験参加のための出張がキャンセルになったため。次年度使用額は、九州大学への実験参加のための出張費や実験消耗備品に充てる。
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