2022 Fiscal Year Final Research Report

International collaborative experiment to investigate toroidal flowing plasma frozen in canonical flux tube

Research Project

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Project/Area Number	20KK0063
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
Research Institution	Kyoto Institute of Technology
Principal Investigator	Himura Haruhiko 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (30311632)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	三瓶明希夫京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (90379066) 武村勇輝核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (60705606)
Project Period (FY)	2020-10-27 – 2023-03-31
Keywords	正準フラックスチューブ / 正準ヘリシティー / 多面体マッハプローブ / 国際共同実験
Outline of Final Research Achievements	In extended MHD, dynamic plasmas are predicted to frozen-in canonical flux tubes (CFTs) rather than magnetic flux tubes. To verify this in international joint experiments, Kyoto Institute of Technology and the University of Wisconsin-Madison have developed innovattive polyhedral probes to detect velocity fields. The polyhedral probes were installed in the MST and RELAX machines. Then, international joint experiments were conducted on those. Kyoto Institute of Technology also succeeded in fabricating a prototype of an isolation amplifier with a frequency bandwidth of 10 MHz, which is necessary for combined probe measurements. Initial results have been obtained that allow three-dimensional measurements of the ion velocity field from the polyhedral probe. Resultantly, preparations for measuring CFT in toroidal plasmas have been completed.
Free Research Field	プラズマ科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	プラズマ物理で広く知られているプラズマの流体的取り扱い方法にMHDモデルがある。理想MHDではプラズマは静的であり、磁束管に凍結する。しかし、近年、プラズマ中に一定方向へと流れるプラズマ流が発見されるなど、静的ではない動的なプラズマが存在している。このような動的なプラズマをモデル化するために、先進プラズマ物理学ではMHDモデルを拡張した拡張MHDモデルが考えられてきている。拡張MHDでは、抵抗のない動的なプラズマは磁束管ではなく、正準フラックスチューブに凍結すると予測されている。これをトーラスプラズマで検証した実験はなく、本研究ではこれを世界で初めて国際実験として実施した。