磁化プラズマの突発現象の物理モデル

• 研究課題/領域番号: 16K13923
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 中部大学 (2017-2018); 核融合科学研究所 (2016)
• 研究代表者: 伊藤 公孝 中部大学, 総合工学研究所, 特任教授 (50176327)
• 研究分担者: 山田 琢磨 九州大学, 基幹教育院, 准教授 (90437773) ; 杉田 暁 中部大学, 中部高等学術研究所, 准教授 (20650708)
• 研究協力者: 居田 克巳 ; 井戸 毅
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 突発現象 / 亜臨界不安定性 / 多スケール乱流相互作用 / トリガー問題 / 多スケー ル乱流相互作用

研究成果の概要

太陽フレアの発生や閉じ込めプラズマのディスラプション等の突発的な発生における本質的な問題は、変形の「成長率が突然増大する」トリガー問題である。
線形不安定性に着目していた慣習を打ち破り、本研究計画では二つの大きなブレイクスルーを得た。 (1) 非線形不安定性の亜臨界励起によるトリガーの可能性に注目し、測地線音波(GAM)の突発的発生においてそれを実証した。(2)他の突発現象において、トリガー時に急発達するプラズマ変形が、トーラスの一部分に集中した「舌型」変形でありその後モード型摂動に転換することも発見した。これらは従来の常識を覆し、トリガー問題に関わるパラダイムシフトを駆動する成果である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本計画により、成長率が突発的に急増する現象に新たな物理的描像が得られた。即ち、線形モードを考察するのではなく、亜臨界励起や、「舌型」変形に注目し探査・解析すべきである。トリガー問題にかかわる基本的描像を書き直し、今後の研究の方向に大きな波及効果もたらしたと考える。その成果は、プラズマ物理学の方法論の進展として学術的な意義がある。
更に、突発的豪雨への応用も試行され、また、本研究で得られた学理を応用することによって核融合燃焼プラズマの制御（例えばディスラプション対応）や地球環境問題（例えば太陽フレア爆発の発生の理解）に寄与出来るという社会的な意義がある。

研究成果

• [国際共同研究] South West Institute for Plasma Physics(中国)
• [国際共同研究] Max-Planc-Institute for Plasma Physics(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Lorraine(フランス)
• [国際共同研究] ロレーヌ大学(フランス)
• [国際共同研究] 西南物理学研究所(中国)
• [国際共同研究] Lorraine University(France)
• [国際共同研究] Max-Planck-Institute for Plasma Physics(Germany)
• [国際共同研究] SWIP(China)
• [雑誌論文] Symmetry-Breaking of Turbulence Structure and Position Identification in Toroidal Plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: ITOH Kimitaka、ITOH Sanae-I.、NAGASHIMA Yoshihiko、YAMADA Takuma、KOSUGA Yusuke、FUJISAWA Akihide
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 1102113-1102113
  • DOI: 10.1585/pfr.13.1102113
  • NAID: 130007529164
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-10-05
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exhaust of turbulence cloud at the tongue shaped deformation event (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Ida, T. Kobayashi, T. Tokuzawa, T. Akiyama, H. Tanaka, M. Yoshinuma, K. Itoh
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 58 号: 11 ページ: 112008-112008
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aab971
  • NAID: 120007116728
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pioneering work before becoming mainstream research (2018)
  • 著者名/発表者名: Ida K.
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1993 ページ: 020001-020001
  • DOI: 10.1063/1.5048711
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abrupt excitation of energetic-particledriven geodesic acoustic mode in the large helical device (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Ido
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1993 ページ: 020002-020002
  • DOI: 10.1063/1.5048712
  • 査読あり
• [雑誌論文] Where is the frontier for frontrunners? (2018)
  • 著者名/発表者名: Itoh Kimitaka、Itoh Sanae-I.
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1993 ページ: 020012-020012
  • DOI: 10.1063/1.5048722
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trigger mechanism for the abrupt loss of energetic ions in magnetically confined plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: Ida K.、Kobayashi T.、Yoshinuma M.、Akiyama T.、Tokuzawa T.、Tsuchiya H.、Itoh K.、Itoh S.-I.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 2804-2804
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21128-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Position Identification of Measurement for the Study of Symmetry-Breaking of Turbulence Structure in Toroidal Plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: Itoh Kimitaka、Itoh Sanae-I.、Nagashima Yoshihiko、Yamada Takuma、Fujisawa Akihide
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 2 ページ: 025002-025002
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.025002
  • NAID: 210000134713
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observation of subcritical geodesic acoustic mode excitation in the large helical device (2017)
  • 著者名/発表者名: Ido T.、Itoh K.、Lesur M.、Osakabe M.、Shimizu A.、Ogawa K.、Nishiura M.、Yamada I.、Yasuhara R.、Kosuga Y.、Sasaki M.、Ida K.、Inagaki S.、Itoh S.-I.、the LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 57 号: 7 ページ: 72009-72009
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa665a
  • NAID: 120007181937
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of distorted Maxwell-Boltzmann distribution of epithermal ions in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: Ida K.、Kobayashi T.、Yoshinuma M.、Akiyama T.、Tokuzawa T.、Tsuchiya H.、Itoh K.、LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 24 号: 12 ページ: 122502-122502
  • DOI: 10.1063/1.4999644
  • NAID: 120007116717
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abrupt onset of tongue deformation and phase space response of ions in magnetically-confined plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ida, T. Kobayashi, K. Itoh, M. Yoshinuma, T. Tokuzawa, T. Akiyama, C. Moon, H. Tsuchiya, S. Inagaki and S.-I. Itoh
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 36217-36217
  • DOI: 10.1038/srep36217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On Magnetic Signals of a Large-Scale Quasi-electrostatic Perturbation (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Itoh, S.-I. Itoh, K. Ida and Y. Kosuga
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 9 ページ: 094504-094504
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.094504
  • NAID: 210000134078
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 大規模降雨の発生位置と空間伝搬の統計的性質 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木真、荒川弘之、杉田暁、伊藤公孝
  • 学会等名: 平成３０年度「問題複合体を対象とするデジタルアース共同利用・共同研究拠点」成果報告会
• [学会発表] Pedestal dynamics in inter-ELM phase on HL-2A tokamak (2018)
  • 著者名/発表者名: J.Cheng, J.Q.Dong, K.Itoh, S.-I.Itoh, L.W.Yan,J.Q.Xu,M.Jiang, K.J.Zhao, Z.H.Huang,D.L.Yu, S. Inagaki, K.Ida, Z.B.Shi,W.L.Zhong, M.K.Han, Z.X.Wang, X.Q.Ji, Y.Liu, Q.W. Yang, X.T. Ding, M.Xu and X.R. Duan
  • 学会等名: 27th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Three Dimensional Structure of Streamer in Drift Wave Fluctuations (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yamada, S. Inagaki, M. Sasaki, Y. Nagashima, F. Kin, H. Arakawa, T. Kobayashi, K. Yamasaki, N. Kasuya, Y. Kosuga, A. Fujisawa, K. Itoh, and S.-I. Itoh
  • 学会等名: 2nd Asia-Paciffic Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Abrupt excitation of intense geodesic acoustic mode in the LHD (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ido, K. Itoh, M. Lesur, et al.
  • 学会等名: IAEA Conference on Fusion Energy
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Nonlinear Excitation of Subcritical Fast Ion-Driven Modes (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Lesur, et al.
  • 学会等名: IAEA Conference on Fusion Energy
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of subcritical geodesic acoustic mode excitation in the Large Helical Device (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ido, K. Itoh, M. Lesur, et al.
  • 学会等名: 19 International Congress on Plasma Physics
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会 / 招待講演