アルベンイオンサイクロトロン波動による磁力線方向へのエネルギー輸送

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25400531
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 市村 真 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10151482)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池添 竜也 筑波大学, 数理物質系, 助教 (70582849)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 高エネルギーイオン / ＩＣＲＦ波動 / 波動粒子相互作用 / アルベンイオンサイクロトロン波動

Research Abstract

GAMMA 10セントラル部においては、イオンサイクロトロン周波数帯（ICRF）の高周波による磁力線に対して直角方向の加熱により、強い温度非等方性を持つプラズマが形成され、この温度非等方性に起因してアルベンイオンサイクロトロン（AIC）波動が自発的に励起される。平成25年度は、真空容器内に設置されたホーンアンテナを用いるマイクロ波反射計により、磁力線方向の固有モードとして励起されるAIC波動の空間構造に関する情報を収集した。複数本の離散した周波数ピークを持つ固有モードとして励起されるAIC波動は、その磁力線方向の空間構造が、プラズマパラメタの上昇とともに変化し、空間２点間で有限な波数を持つ伝搬波から定在波へと変化することが観測されている。また、径方向にも空間構造が存在し、周辺部でその位相が反転することが新らたに観測された。
磁力線方向へのエネルギー輸送に関しては、高エネルギーイオンに着目し、半導体を用いた検出器で磁力線方向と磁力線に直角方向への輸送を計測している。GAMMA 10装置では、上記AIC波動に加えて、プラズマ全体の巨視的不安定性が誘起される。これまでに、ミラー磁場中に捕捉された高エネルギーイオンは、そのミラー反射点近傍において、巨視的不安定性との相互作用により、磁力線に対して直角方向への輸送が起こることが明らかとなっている。この直角方向への輸送と対比して、磁力線方向への輸送に関しては、AIC波動の離散する周波数ピーク間の差周波数をもつ揺動によることが観測されている。さらに、セントラル部両側に位置するアンカー部において、初めてAIC波動の自発励起が観測され、高エネルギーイオンの磁力線方向への輸送が観測された。
今後、アンカー部におけるAIC波動の詳細計測と高エネルギーイオンの磁力線方向への輸送との相関を含めて定量的な解析を進める。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

真空容器内に設置したホーンアンテナにより、マイクロ波反射計を用いたプラズマ内部の高周波波動の空間分布計測が順調に進展したこと、また、プラズマ内部の励起波動であるAIC波動に起因する揺動信号が、磁力線方向への高エネルギーイオン輸送を計測する半導体検出器の信号上に明らかに観測されたことで、本研究課題の主題としている波動粒子相互作用に関しての研究が可能であることが確認された。さらに、AIC波動に関して、これまでのセントラル部における観測に加えて、境界条件が大きく異なるアンカー部での自発励起を確認し、今後の解析に向けての研究が進展したことで、平成25年度に予定した項目が順調に達成されたものと評価した。

Strategy for Future Research Activity

プラズマの温度非等方性に起因して励起されるAIC波動は、セントラル部ばかりでなく、その両側に位置するアンカー部でも励起されることが確認された。AIC波動が、空間的境界条件に強く依存する固有モードであることから、異なる境界条件での波動励起とその波動と高エネルギーイオンとの相互作用を解析することで、より詳細な物理の理解が可能となった。平成26年度は、これまでにセントラル部におけるAIC波動に起因して観測された高エネルギーイオン信号とアンカー部におけるAIC波動に起因する信号に関して、その比較をすることから進める予定である。積極的にプラズマパラメタを変化させることにより、観測されるAIC波動と磁力線方向の高エネルギーイオン信号の相関を詳細に解析する予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

本研究課題は、平成25年度から平成27年度までの研究期間である。平成25年度は、その最初の年度であり、平成25年度の実験結果を踏まえて平成26年度以降の実験を有効に進めることを目的とした。実験結果の解析に時間が必要であったことと、平成26年度の実験開始が5月期となることから、平成25年度申請した予算の一部の執行を3月期後半から4月期に渡って進めることとなった。
平成26年度4月期前半において、申請額との差額が総額の3％以下まで執行済みである。平成26年度の実験開始に向けて、電気回路部品等、平成26年度申請分と合わせて執行する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Coupling of ICRF Waves and Axial Transport of High-Energy Ions Owing to Spontaneously Excited Waves in the GAMMA 10 Tandem Mirror (2013)
  • Author(s): R. Ikezoe, M. Ichimura, M. Hirata. T. Iwai, T. Yokoyama, Y. Ugajin, T. Sato, T. Iimura, Y. Saito, M. Yoshikawa, J. Kohagura, Y. Shima and T. Imai
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 53 Pages: 073040
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/7/073040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent ICRF heating experiments for a divertor simulation study on GAMMA 10 (2013)
  • Author(s): M. Ichimura, M. Hirata, R. Ikezoe, T. Yokoyama, Y. Ugajin, T. Sato, T. Iimura, Y. Saito, Y. Annaka, A. Shiratani, M. Yoshikawa, J. Kohagura, Y. Nakashima, K. Ichimura and T. Imai
  • Journal Title: Transactions of Fusion Science and Technology Volume: 63 Pages: 115-118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time evolving structure of Alfvén-ion-cyclotron waves in GAMMA10 (2013)
  • Author(s): R. Ikezoe, M. Ichimura, T. Sato, M. Hirata, T. Yokoyama, Y. Ugajin, T. Iimura, Y. Saito, Y. Annaka, A. Shiratani, Y. Shima, J. Kohagura, M. Yoshikawa, T. Imai
  • Journal Title: Transactions of Fusion Science and Technology Volume: 63 Pages: 58-63
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Axial transport of high-energy ions due to ICRF heating on GAMMA10 (2013)
  • Author(s): T. Iimura, M. Ichimura, M. Hirata, R. Ikezoe, T. Yokoyama, Y. Ugajin, T. Sato, Y. Saito, Y. Annaka, A. Shiratani, and T. Imai
  • Journal Title: Transactions of Fusion Science and Technology Volume: 63 Pages: 271-273
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ICRF Experiments Toward the Enhancement of End-Loss Flux on GAMMA 10/PDX (2014)
  • Author(s): R. Ikezoe, M. Ichimura, M. Hirata, T. Yokoyama, T. Iimura, Y. Saito, Y. Iwamoto, T. Okada, S. Sumida, K. Watanabe, K. Ichimura, Y. Nakashima, K. Oki, M. Sakamoto
  • Organizer: Japan-Korea Workshop on Physics and Technology of Heating and Current Drive
  • Place of Presentation: Awara, Japan
  • Year and Date: 20140120-20140122
• [Presentation] GAMMA10アンカー部における高周波密度揺動の振る舞いと定量評価に向けた取り組み (2013)
  • Author(s): 岡田拓也, 池添竜也, 市村真, 平田真史, 横山拓郎, 飯村拓真, 齋藤裕希, 岩本嘉章,隅田脩平, 渡邊和征, 吉川正志, 小波蔵純子, 嶋頼子
  • Organizer: 第30回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス, 東京
  • Year and Date: 20131203-20131206
• [Presentation] GAMMA10における高周波加熱時の高エネルギーイオン輸送 (2013)
  • Author(s): 飯村拓真, 市村真, 平田真史, 池添竜也, 横山拓郎, 齋藤裕希, 岩本嘉章, 渡邉和征, 岡田拓也, 隅田脩平, 市村和也, 今井剛
  • Organizer: 第30回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス, 東京
  • Year and Date: 20131203-20131206
• [Presentation] GAMMA 10 セントラル部における高周波波動の空間構造および非線形結合現象 (2013)
  • Author(s): 池添竜也, 岡田拓也, 市村真, 平田真史，横山拓郎，飯村拓真，齋藤裕希 岩本嘉章，隅田脩平，渡邊和征，吉川正志，小波蔵純子，嶋頼子
  • Organizer: 第30回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス, 東京
  • Year and Date: 20131203-20131206
• [Presentation] Analysis of ICRF wave excitation in phase-control experimemt on GAMMA 10 (2013)
  • Author(s): T. Yokoyama, M. Ichimura, A. Fukuyama, Y. Saito, S. Sumida, M. Hirata, R. Ikezoe, T. Iimura, Y. Iwamoto, T. Okada, K. Watanabe, and K. Ichimura
  • Organizer: 23rd International TOKI conference
  • Place of Presentation: Toki, Japan
  • Year and Date: 20131118-20131121
• [Presentation] Coupling and spatial structure of Alfven-ion-cyclotron waves in GAMMA 10 (2013)
  • Author(s): R. IKEZOE, M. ICHIMURA, M. Hirata, T. Yokoyama, T. Iimura, Y. Saito, Y. Iwamoto, T. Okada, S. Sumida, K. Watanabe, M. Yoshikawa, J. Kohagura, Y. Shima, K. Ichimura, Y. Nakashima
  • Organizer: 55th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • Place of Presentation: Denver, USA
  • Year and Date: 20131111-20131115
• [Presentation] Recent ICRF-related experiments on the GAMMA10 tandem mirror (2013)
  • Author(s): R. Ikezoe, M. Ichimura, M. Hirata, T. Yokoyama, T. Iimura, Y. Saito, Y. Iwamoto, T. Okada, S. Sumida, K. Watanabe, M. Yoshikawa, J. Kohagura, Y. Shima, K. Ichimura, Y. Nakashima
  • Organizer: US-Japan Workshop on Physics of RF Heating of Fusion Plasmas
  • Place of Presentation: MIT, USA
  • Year and Date: 20130924-20130926