定常化球状トカマクにおける自律的構造形成研究のための高速プラズマ流入射

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22360391
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 永田 正義 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00192237)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00433326) ; 神吉 隆司 海上保安大学校(国際海洋政策研究センター), その他部局等, 教授 (40524468) ; 福本 直之 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90275305)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2013-03-31
• Keywords: 球状トーラス / 同軸ヘリシティ入射 / ダイナモ電流駆動 / アルフヴェン波 / シアフロー

Research Abstract

本研究は、「定常と高ベータ化」を目指した先進球状トカマク研究において、「プラズマの流れと構造形成」という観点で、高速プラズマ流入射技術を用いたプラズマ圧力とシア流（電場）の能動的制御、プラズマの輸送制御、磁気リコネクションを伴う自己構造形成の物理探求が目的である。
昨年度、次年度に予算の繰り越しを行った実験装置の観測ポートの増設を今年度遂行した。また、本年度の実験で得られた成果は以下の通りである。
同軸ヘリシティ入射によるダイナモ電流駆動機構について得られた実験結果について、2流体モデルをベースに一般化されたMean-fieldオームの式を用いて解析を進めた。内部電極表面と鎖交しているInboard側のダイバータオープン磁束の駆動領域ではアンチダイナモ電場が発生し、一方、セパラトリックを境界にしてコア領域内ではダイナモ電場が誘起され、周辺からの磁気ヘリシティ輸送を伴ってトロイダル電流が駆動されることを明らかにした。プラズマ密度が低い領域では、イオンスキン長が大きくなると、HallダイナモがMHDダイナモに比べて大きくなることを示唆した。また、ダイナモマッハプローブ計測では、MHD運動量輸送式から、揺動が誘起する流れReynolds stressと磁気Reynolds stressを見積もり、ダイバータからコア領域へのヘリシティ輸送過程での運動量の乱流的輸送の大きさについて考察を行った。
研究分担者神吉氏（海上保安大）は3次元抵抗性MHDコード（3D-MHDTM）を用いたマルチパルスCHI電流駆動の計算機シミュレーションを実施し、ST配位プラズマの電流増幅と減衰過程を再現し、合体磁気リコネクション機構をベースにしたマルチパルスCHIの有用性を実証した。以上、最終年度でのこれらの研究成果は現在論文としてまとめている。

Current Status of Research Progress

Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] Propagation analysis of the helicity-drive Alfven wave in the HIST spherical torus plasmas (2012)
  • Author(s): T. Hyobu, T. Hanao, H. Hirono, K. Ito, K. Matsumoto, T. Nakayama, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • Organizer: Bull. Am. Phys. Soc.,the 54th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics, PP8-65
  • Place of Presentation: Providence, USA
  • Year and Date: 20121029-20121102
• [Presentation] Measurements of dynamo electric field and momentum transport induced by fluctuations on HIST (2012)
  • Author(s): H. Hirono, T. Hanao, T. Hyobu, K. Ito, K. Matsumoto, T. Nakayama, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • Organizer: Bull. Am. Phys. Soc.,the 54th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics, PP8-64
  • Place of Presentation: Providence, USA
  • Year and Date: 20121029-20121102
• [Presentation] Investigation of internal magnetic structures and comparison with two-fluid equilibrium configurations in the multi-pulsing CHI on HIST (2012)
  • Author(s): T. Nakayama, T. Hyobu, T. Hanao, H. Hirono, K. Ito, K. Matsumoto, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • Organizer: Bull. Am. Phys. Soc.,the 54th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics, PP8-66
  • Place of Presentation: Providence, USA
  • Year and Date: 20121029-20121102
• [Presentation] Measurements of Doppler-ion temperature and flow in the multi-pulsing CHI experiment on HIST (2012)
  • Author(s): T. Hanao, M. Ishihara, H. Hirono, T. Hyobu, K. Ito, K. Matsumoto, T. Nakayama, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • Organizer: Bull. Am. Phys. Soc.,the 54th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics, PP8-67
  • Place of Presentation: Providence, USA
  • Year and Date: 20121029-20121102
• [Presentation] Effects of multi-pulsed coaxial helicity injection on dynamics of spherical torus (2012)
  • Author(s): T. Kanki, M. Nagata, Y. Kagei
  • Organizer: Bull. Am. Phys. Soc.,the 54th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics, PP8-69
  • Place of Presentation: Providence, USA
  • Year and Date: 20121029-20121102
• [Presentation] Flow and Magnetic Field Profiles in the HIST Spherical Torus Plasmas Sustained by Double Pulsing Coaxial Helicity Injection (2012)
  • Author(s): M. Nagata, T. Higashi, M. Ishihara, T. Hanao, K. Ito, K. Matumoto, Y. Kikuchi, and N. Fukumoto, T. Kanki
  • Organizer: IAEA-Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 20121008-20121013
• [Presentation] Dynamo current drive via low-frequency waves in the HIST helicity-driven spherical torus plasma (2012)
  • Author(s): M. Nagata, T. Hanao, H. Hirono, T. Hyobu, M. Ishihara, K. Ito, T. Nakayama, K. Matsumoto, Y. Kikuchi and N. Fukumoto
  • Organizer: 39th EPS Conference on Plasma Physics & 16th International Congress on Plasma Physics, P5.072
  • Place of Presentation: Stockholm, Sweden
  • Year and Date: 20120702-20120706
• [Presentation] Nonlinear dynamics of magnetic and velocity field structures generated by multi-pulsing coaxial helicity injection in spherical torus plasmas (2012)
  • Author(s): T. Kanki, M. Nagata, Y. Kagei
  • Organizer: 39th EPS Conference on Plasma Physics & 16th International Congress on Plasma Physics, P5.025
  • Place of Presentation: Stockholm, Sweden
  • Year and Date: 20120702-20120706