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磁力線再結合現象を用いた非平衡プラズマ生成法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 14655105
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 電力工学・電気機器工学
研究機関東京大学

研究代表者

小野 靖  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30214191)

研究分担者 板垣 敏文  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60242012)
河森 栄一郎  東京大学, 高温プラズマ研究センター, 助手 (90345273)
野田 悦夫  東芝, 電力・産業システム技術開発センター, 主幹(研究職)
桂井 誠  東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (70011103)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2004年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2003年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2002年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード磁力線再結合 / 非平衡プラズマ / イオン加熱 / 電子加熱 / プラズマ加速 / 電流シート / 可視光トモグラフィー / ベクトルトモグラフィー
研究概要

16年度は、リコネクションのイオン加速・加熱特性を解明し、イオン温度が電子温度より高い非平衡プラズマ源、或いは安価な加速器への応用にめどをつけることができた。1次元および2次元ドップラー計測によれば、アウトフローで得られる最高速度は理論予測のアルベーン速度の80-100%であり、それが縦磁場の少ない場合はイオン粘性、縦磁場の大きい場合はファーストショックを介してイオン温度に変換されることが判明した。再結合磁場がゼロの異極性合体ではトロイダル方向の視線積分のドップラーシフトを直接計測・逆変換し、アウトフロー速度がアルベーン速度程度と速く、10cm位の大きなイオンラーマ半径程度のスケールにわたり、イオン粘性を介して急速なイオン加熱(0,5kGのスフェロマックに対して10MW程度)が発生していること、再結合磁場の倍程度の縦磁場のある場合は、アウトフロー速度自体の連度は落ちるものの、1-2cmのラーマ半径程度のスケールで電子密度、磁場、流速のジャンプが発生してファーストショックを介したイオン加熱が発生していることが判明した。ジャンプはランキン・ユゴニエ条件を満たしている。また、2次元静電プローブ計測を立ち上げて、リコネクション中に電流シート中心部の電子温度が周囲に比べて高くなることを明らかにした。不純物放射損失がまだ多いものの、シートコア部の電子温度はバルクプラズマの倍程度であり、縦磁場の大きいほど電子加熱が増加する。電流シートを上手に用いることで高電子温度型の非平衡プラズマが実現できることがわかった。縦磁場とインフロー速度の制御により、合体を用いたイオン温度・電子温度の自在に制御できることが明らかになり、大量粒子が加速できる安価な加速器、核融合プラズマ用急速イオン加熱源、高電子温度のプロセスプラズマ源の3つの方向で磁気リコネクションの非平衡プラズマ生成と応用について基本アイデアを取りまとめた。

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (12件) 文献書誌 (13件)

  • [雑誌論文] Direct Access to Burning Spherical Tokamak Experiment by Pulsed High-Power Heating of Magnetic Reconnection2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Ono, K.Umeda, A.L.Balandin
    • 雑誌名

      Fusion Energy 2004 (予定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Ion Kinetic Effect on Bifurcated Relaxation to a Field-Reversed Configuration in TS-4 CT experiment2005

    • 著者名/発表者名
      E.Kawamori, Y.Ono, et al.
    • 雑誌名

      Fusion Energy 2004 (予定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] The method of series expansion for 3-D vector tomography reconstruction2005

    • 著者名/発表者名
      A.L.Balandin, Y.Ono
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics 202

      ページ: 52-64

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 特集「核融合プラズマと多様な宇宙プラズマ活動現象とのアナロジー 2.トーラスプラズマ合体が開く磁気リコネクションの世界-高ベータ核融合から宇宙・太陽まで-」2005

    • 著者名/発表者名
      小野
    • 雑誌名

      電気学会誌 125巻,1号

      ページ: 6-8

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 中性粒子存在下での磁気リコネクションフローの数値シミュレーションと実験検証2005

    • 著者名/発表者名
      村田幸弘, 小野靖
    • 雑誌名

      電気学会論文誌A 124-A巻,2号

      ページ: 164-169

    • NAID

      10011964935

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 球状トカマクの形状効果に関する数値解析2005

    • 著者名/発表者名
      小川徹, 木村俊郎, 小野靖
    • 雑誌名

      電気学会論文誌A 124-A巻,2号

      ページ: 393-398

    • NAID

      10012885486

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 小特集「球状トカマクの実用炉への展望 2.STはどこまで高ベータ化できるか?」2005

    • 著者名/発表者名
      廣田大輔, 小野靖, 有元克行
    • 雑誌名

      電気学会論文誌A 124-A巻,2号

      ページ: 152-157

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 小特集「球状トカマクの実用炉への展望 1.特集にあたって」2004

    • 著者名/発表者名
      小野, 西尾, 高瀬, 長山, 前川
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌 80巻,11号

      ページ: 919-920

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 小特集「球状トカマクの実用炉への展望 2.STはどこまで高ベータ化できるか?」2004

    • 著者名/発表者名
      小野
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌 80巻,11号

      ページ: 921-923

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 小特集「球状トカマクの実用炉への展望 7.ST炉は解になるのか?」2004

    • 著者名/発表者名
      小野, 高瀬, 長山, 西尾
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌 80巻,11号

      ページ: 965-970

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 小特集「球状トカマクの実用炉への展望 4.センターソレノイド無しの立ち上げ、定常維持は可能か? 4.1 センターソレノイド無しの立ち上げは可能か?」2004

    • 著者名/発表者名
      前川, 永田, 御手洗, 小野, 高瀬
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌 80巻,11号

      ページ: 935-939

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] プラズマ合体を用いた高ベータ球状トカマク立ち上げ法の実験的・理論的検討2004

    • 著者名/発表者名
      木村俊郎, 宮嵜 悟, 小野 靖
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌 80巻,3号

      ページ: 249-255

    • NAID

      110003827833

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 村田, 小野: "磁力線再結合現象におけるイオン流速及びイオン温度の制御に関する原理検証実験"電気学会論文誌A. 123-A・6. 543-547 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 村田, 小野: "トーラス合体を用いた磁気リコネクションジェットの実験的解析"電気学会論文誌A. 124-A・2. 62-67 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ono, T.Matsuyama et al.: "Spontaneous and Artificial Generation of Sheared Flow in Oblate FRCs"Nuclear Fusion. 43・8. 649-654 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ono, K.Umeda: "FRC Formation Process of Two Colliding Spheromaks with Counterhelicit"IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials. 124-A・1. 62-67 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] A.L.Balandin, Y.Ono: "Radial Velocity Profile Reconstruction by Ion Doppler Spectroscopy Measurements"European Physical Journal. 27. 125-130 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ono, T.Kimura et al.: "First and Second-Stable Spherical Tokamaks in Reconnection Heating Experiments"Nuclear Fusion. 43・8. 789-794 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Ugai, Y.Ono et al.: "Physics of Magnetic Reconnection in Plasmas"Research Signpost Co.. 262 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 村田, 竹内, 俵, 小野: "イオン温度計測用に拡張されたコンピュータトモグラフィーアルゴリズムの開発"電気学会論文誌A. 122-A・3. 267-273 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.L.Balandin, Y.Ono: "Tomographic Determination of Plasma Velocity with the Use of Ion Doppler Spectroscopy"European Physical Journal D. 17. 337-344 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 鶴田, 小野, 桂井: "コンパクトトーラス合体実験装置TS-4における同極性および異極性合体の比較実験"電気学会論文誌A. 122-A・9. 840-848 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ono et al.: "High-Beta Characteristics of First and Second-Stable Spherical Tokamaks in Reconnection Heating Experiments of TS-3"Fusion Energy 2002. (予定).

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] T.Matsuyama, Y.Ono et al.: "Spontaneous and Artificial Generation of Shear Flow in Oblate FRCs in TS-3 and 4 FRC Experiments"Fusion Energy 2002. (予定).

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 小野: "第二安定化に向かう高ベータ球状トカマク研究"プラズマ・核融合学会誌. 79・2. 144-151 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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