2022 Fiscal Year Research-status Report
直線磁化プラズマにおける高次非線形構造形成による輸送ダイナミクスの解明
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21K03508
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
荒川 弘之 九州大学, 医学研究院, 准教授 (00615106)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | プラズマ乱流 / 帯状流 / 乱流輸送 / 輸送ダイナミクス / 高次非線形構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では直線磁化プラズマ乱流実験において、孤立渦・飛沫といった3次的・4次的に形成された高次非線形構造による輸送を評価する。様々な乱流条件で高次非線形構造による輸送ダイナミクスを評価することで、これの系統的理解を目指している。
2022年度は、(1)2021年度に制作した計測機器を用い、複数の乱流構造において、2次元空間構造の時間変化を観測した。得られた構造を弁別し、構造間のエネルギー輸送評価を行った。(2)流れの絶対値評価のため、レーザー誘起蛍光法(LIF法)の新規手法開発を行った。
(1)では、外部制御パラメータである中性粒子ガス圧を変化させ、イオン・中性粒子衝突周波数の制御を行った。中性粒子ガス圧制御により、既存の計測機器で観測していた乱流状態と矛盾しない結果が得られた。また、条件付き平均法の１つであるテンプレート法を改良した乱流抽出に加え、特異値分解による乱流構造弁別を行った。弁別した構造を元に動的なエネルギー輸送評価を行い、周方向の平均構造や高次の構造間のエネルギー輸送も観測した。中性粒子ガス圧制御による異なる乱流状態によって、これらのエネルギー輸送の違いを得た。
(2)では、LIF法とラングミュアプローブを同期させ、医療分野で主に利用されているトモグラフィー技術を応用した、局所の２次元流れ構造の観測手法開発及び初期的な実験結果を得た。ラングミュアプローブにより乱流構造の位相を検知し、同時にプラズマのレーザー誘起蛍光における線積分データを得た。ノイズ弁別には周方向モード数による低次モードの抽出を用いた。結果として、既存の２次元流れ構造観測手法よりも10倍以上の効率で、２次元流れベクトル構造観測を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度は、中性粒子ガス圧制御による異なる乱流状態観測及びエネルギー輸送評価を行った。またラングミュアプローブの整備のための消耗品等の購入、関係論文の執筆を行った。2022年度の当初予定では、磁場強度の変化による乱流状態の変化観測も行う予定であったが、大学間の異動等により、当該実験を行うことができなかった。一方で、エネルギー輸送の定量評価で重要な、流れの絶対値評価において、効率的な２次元流れベクトル観測手法を提案する、新しい展開があった。このため、研究全体としては、おおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は主に解析手法の改善により、高次非線形構造によるエネルギー輸送評価及び系統的なまとめを行う。研究費は主に論文投稿料や投稿のための英文校正費用に用いる。
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| Causes of Carryover |
プラズマ計測装置であるラングミュアプローブ用の消耗品購入や論文投稿料・英文校正費用において、少額の余りが生じた。これらは2023年度において、論文投稿料・英文校正費用において利用する。
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