超解像時空間分解ドップラートモグラフィを用いた磁気再結合の微細構造形成過程の解明

• 研究課題/領域番号: 17H04863
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田辺 博士 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30726013)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
• キーワード: プラズマ・核融合 / 磁気リコネクション / プラズマ診 / コンピュータトモグラフィ / イオン加熱 / プラズマ診断

研究成果の概要

本研究課題では、太陽フレア等の爆発現象の素過程として知られる、磁気リコネクションに伴うエネルギー変換過程について、特にリコネクション平面に対して垂直成分のガイド磁場が存在する際にX点近傍で観測される、微細構造形成過程に焦点を当てた実験研究に取り組んだ。プラズマ合体によりリコネクションを駆動し、その急速加熱を応用して球状トカマクを生成する実験において、リコネクション電場が最大化するタイミングに同期してX点に局在化した微細構造が形成され、異常抵抗の成長とともに合体下流への間欠的排出現象が進行し、加熱構造はX点近傍に局所化した構造から合体プラズマ全体を包括した大域的な構造へ変換されることが分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

リコネクション加熱を核融合分野に応用した、世界最大の球状トカマク実験MASTをはじめとした高ガイド磁場実験で観測され、核融合・宇宙・実験室の分野の枠を超えて近年注目されている、X点近傍に現れる微細構造形成メカニズムを明らかにすることに成功した。リコネクション電場の成長とともに、X点近傍に局在化した加熱構造が生成され、高速リコネクションの発現とともにX点近傍にブロブ構造が現れるとともに同構造排出先の合体下流で巨大加熱が得られ、同領域に接続された合体プラズマを覆うグローバルな磁気面上でイオンが加熱されることを解明。核融合プラズマ応用シナリオの開拓として、後者の最適化が重要であることを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] カラム研究所/トカマクエナジー(英国)
• [国際共同研究] プリンストンプラズマ物理研究所(米国)
• [国際共同研究] カラム研究所/トカマクエナジー(英国)
• [国際共同研究] プリンストンプラズマ物理研究所(米国)
• [雑誌論文] トカマク合体のイオン加熱のドップラートモグラフィ計測の広域化 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Haruaki、Ono Yasushi、Tanabe Hiroshi、Cao Qinghong
  • 雑誌名: 電気学会論文誌． Ａ 巻: 139 号: 8 ページ: 358-359
  • DOI: 10.1541/ieejfms.139.358
  • NAID: 130007686683
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • 年月日: 2019-08-01
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recent Progress in High Resolution 2D Imaging Measurements of Reconnection Heating during Merging Plasma Startup in TS-3 (2019)
  • 著者名/発表者名: TANABE Hiroshi、CAO Qinghong、TANAKA Haruaki、AHMADI Tara、AKIMITSU Moe、SAWADA Asuka、INOMOTO Michiaki、ONO Yasushi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 3401110-3401110
  • DOI: 10.1585/pfr.14.3401110
  • NAID: 130007695136
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-07-24
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of fine structure formation of guide field reconnection during merging plasma startup of spherical tokamak in TS-3U (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanabe H.、Cao Q.、Tanaka H.、Ahmadi T.、Akimitsu M.、Sawada A.、Inomoto M.、Ono Y.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 号: 8 ページ: 086041-086041
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab1cdf
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reconnection heating experiments and simulations for torus plasma merging startup (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono Yasushi、Inoue Shizuo、Tanabe Hiroshi、Cheng Chio-Zong、Hara Hirohisa、Horiuchi Ritoku
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: to be published 号: 7 ページ: 076025-076025
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab14a4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of reconnection downstream conditions on electron parallel acceleration during merging start-up of spherical tokamak (2019)
  • 著者名/発表者名: Inomoto Michiaki、Ushiki Tomohiko、Guo Xuehan、Sugawara Takumichi、Kondo Kyohei、Mihara Takumi、Minami Yusuke、Inai Yuki、Kaneko Hiraku、Yanai Ryoma、Takahata Yoshifumi、Tanabe Hiroshi、Ono Yasushi、Sanpei A、Kamio Shuji
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: to be published 号: 8 ページ: 086040-086040
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab1e0f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dependence of the pickup-like ion effective heating on the poloidal and toroidal magnetic fields during magnetic reconnection (2019)
  • 著者名/発表者名: Usami Shunsuke、Horiuchi Ritoku、Ohtani Hiroaki、Ono Yasushi、Inomoto Michiaki、Tanabe Hiroshi
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 号: 10 ページ: 102103-102103
  • DOI: 10.1063/1.5099423
  • NAID: 120007149367
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent progress of high resolution 2D imaging measurement of reconnection heating during merging plasma startup in TS-3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanabe Hiroshi、Cao Qinghong、Tanaka Haruaki、Ahmadi Tara、Akimitsu Moe、Sawada Asuka、Inomoto Michiaki、Ono Yasushi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: to be published
  • NAID: 130007695136
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-Resolution 2D Magnetic Field Measurement of Magnetic Reconnection Using Printed-Circuit Board Coils (2018)
  • 著者名/発表者名: AKIMITSU Moe、ONO Yasushi、CAO Qinghong、TANABE Hiroshi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 1202108-1202108
  • DOI: 10.1585/pfr.13.1202108
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-09-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] プリント回路技術を用いた2次元高精細磁気計測システムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: Akimitsu Moe、Ono Yasushi、Cao Qinghong、Masuki Ryota、Tanabe Hiroshi
  • 雑誌名: 電気学会論文誌． Ａ 巻: 138 号: 9 ページ: 480-481
  • DOI: 10.1541/ieejfms.138.480
  • NAID: 130007479879
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • 年月日: 2018-09-01
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effective Proton Heating through Collisionless Driven Reconnection in the Presence of Guide Field (2018)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Usami, Ritoku Horiuchi, Hiroaki Ohtani, Yasushi Ono, Hiroshi, Tanabe
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 3401025-3401025
  • DOI: 10.1585/pfr.13.3401025
  • NAID: 130006744398
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-04-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent progress of magnetic reconnection research in the MAST spherical tokamak (Invited) (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, T. Yamada , T. Watanabe , K. Gi , M. Inomoto , R. Imazawa , M. Gryaznevich , C. Michael , B. Crowley , N. J. Conway , R. Scannell , J. R. Harrison , I. Fitzgerald , A. Meakins , N. C. Hawkes , K. G. McClements , T, O Gorman , C,Z. (Frank) Cheng , Y. Ono , the MAST team
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 24 号: 5 ページ: 056108-056108
  • DOI: 10.1063/1.4977922
  • 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] Investigation of Merging/reconnection Heating during Solenoid-free Startup of Plasmas in the MAST Spherical Tokamak (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, T. Yamada, K. Gi, T. Watanabe, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, C. Michael, B. Crowley, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. McClements, J. Harrison, T. O'Gorman, C. Z. Cheng, Y. Ono
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 5 ページ: 056037-056037
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa6608
  • 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] Separated Double-Current Layers in a High-Guide-Field Reconnection Experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Kondo, Michiaki Inomoto, Xuehan Guo, Tomohiko Ushiki, Takumichi Sugawara, Takumi Mihara, Shuji Kamio, Hiroshi Tanabe, Yasushi Ono
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 12 号: 0 ページ: 1202033-1202033
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1202033
  • NAID: 130006081763
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Overview of recent physics results from MAST (2017)
  • 著者名/発表者名: Kirk A.、Adamek J.、Akers R.J.、Allan S.、Inomoto M.、Imazawa R.、Ono Y.、Tanabe H.、the MAST Team and the EUROfusion MST1 Team
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 10 ページ: 102007-102007
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa65e0
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Full-2D imaging measurement of ion heating/transport process during high field merging experiment in TS-6 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Akimitsu, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超解像イオンドップラートモグラフィを用いた高磁場合体・磁気リコネクションのイオン加熱・輸送過程の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士，曹慶紅，田中遥暁，Tara Ahmadi，秋光萌，Thomas O'Gorman，Mikhail Gryaznevich，井通暁，小野靖
  • 学会等名: 第36回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Micro/macro-scale ion heating and transport process of magnetic reconnection during merging plasma startup of TS-6 spherical tokamak (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Akimitsu, M. Gryaznevich,T. O'Gorman, J. Wood, R. Scannell, K. G. McClements, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 61th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process of magnetic reconnection during CS-free merging plasma startup of spherical tokamak in TS-6 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, H. Tanaka, M. Akimitsu, T. Ahmadi, R. Someya, M. Inomoto, Y. Ono
  • 学会等名: International Spherical Tokamak Workshop (ISTW) 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 実験室リコネクションのドップラートモグラフィ計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士，曹慶紅，田中遥暁，Tara Ahmadi，秋光萌，Chio-zong Cheng，井通暁，小野靖
  • 学会等名: 宇治リコネクションワークショップ2019
  • 招待講演
• [学会発表] Ion and electron heating characteristics of magnetic reconnection in high field flux tube merging experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, M. Gryaznevich, Q. Cao, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Akimitsu, C. Z. Cheng, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: HINODE13/IPELS2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experimental study of reconnection heating/transport process and its application to high temperature spherical tokamak formation (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Akimitsu, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 9th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space and Astrophysical Plasmas (EASW9)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 趣旨説明＋リコネクション加熱実験～本郷新実験 TS-3U(TS-6)の動向その他～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 曹慶紅, 秋光萌, 澤田明日香, 田中遥暁, Tara Ahmadi, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第26回ひので・実験室研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Fine structure formation by reconnection heating/transport process in toroidal plasma merging experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: MAX PLANCK PRINCETON CENTER WORKSHOP 2019 (MPCC2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] “新実験TS-3Ｕにおける超解像二次元画像診断を用いた合体・リコネクション加熱輸送過程の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 田中遥暁, 曹慶紅, 秋光萌, 澤田明日香, Setthivoine You, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会
• [学会発表] “Investigation of ion heating/transport process during high guide field merging/ reconnection experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, S. You, M. Inomoto and Y, Ono
  • 学会等名: The 27th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research & The 13th Asia Pacific Plasma Theory Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigation of global ion heating/transport process during merging/ reconnection startup of spherical tokamak in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, H. Tanaka, S. Kamiya, S. You, M. Inomoto, C. Z. Cheng and Y. Ono
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process during high guide field reconnection using full-2D ultra high resolution ion Doppler tomography (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, H. Tanaka, S. Kamiya, S. You, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of fine structure formation of guide field reconnection during merging plasma startup of spherical tokamak in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Hatano, T. Hayashi, Q. Cao, A. Sawada, M. Akimitsu, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 27th IAEA Fusion Energy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process during high guide field reconnection using ultra-high resolution ion Doppler tomography in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, S. You, M. Inomoto and Y, Ono
  • 学会等名: The US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection (MR2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ドップラープラズマ計測の新展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士
  • 学会等名: APET特別講演会「ITER時代の核融合プラズマ研究の新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process during high guide field merging/reconnection experiment in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, S. Himeno, M. Akimitsu, A. Sawada, A. Borade, S. You, M. Inomoto, Y. Ono
  • 学会等名: The 19th International Congress on Plasma Physics (ICPP2018)
  • 国際学会
• [学会発表] TS-3U 装置における超解像イオンドップラートモグラフィ計測を用いた合体リコネクション加熱輸送過程の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 曹慶紅, 姫野俊一, 秋光萌, 澤田明日香, Anup Borade, Setthivoine You, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] トカマク合体を用いたリコネクション加熱分布計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 波多野博法, 林拓巳, 曹慶紅, 姫野俊一, 兼田泰志, 秋光萌, 澤田明日香, Anup Borade, 洪重奉, Setthivoine You, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第25回ひので・実験室研究会
• [学会発表] TS-3U 装置における超解像イオンドップラートモグラフィ計測を用いた 合体リコネクション加熱輸送過程の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 曹慶紅, 姫野俊一, 秋光萌, 澤田明日香, Anup Borade, Setthivoine You, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process during high guide field reconnection using ultra-high resolution ion Doppler tomography in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, S. You, M. Inomoto and Y, Ono
  • 学会等名: US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection (MR2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新実験TS-3Uにおける超解像2次元画像診断を用いた合体・リコネクション加熱輸送過程の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 田中遥暁, 曹慶紅, 秋光萌, 澤田明日香, Setthivoine You, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Recent progress of magnetic reconnection research in high field merging experiment using 2D imaging diagnostics (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, R. Scannell, N. Conway, C. Michael, B. Crowley, T. O’Gorman, J. Harrison, I. Fitzgerald, A. Meakins, N. Hawkes, K. G. McClements, C. Z. Cheng, Y. Ono and the MAST team
  • 学会等名: 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of a sub-cm high resolution ion Doppler tomography diagnostics for fine structure measurement of guide field reconnection in TS-U (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Koike, H. Hatano, T. Hayashi, Q. Cao, S. Himeno, T. Kaneda, M. Akimitsu, A. Sawada and Y. Ono
  • 学会等名: 59th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a new 96 channel high resolution ion Doppler tomography dedicated for fine structure measurement of reconnection heating in TS-U (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Koike, H. Hatano, M. Inomoto, Y. Ono and the MAST team
  • 学会等名: The 2017 International Workshop on the Interrelationship between Plasma Experiments in the Laboratory and in Space (IPELS 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 超解像イオンドップラートモグラフィを用いた磁気再結合のマクロ・ミクロスケール加熱構造形成過程の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 波多野博法, 小池秀弥, 林拓巳, 曹慶紅, 兼田泰志, 秋光萌, 澤田明日香, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
• [学会発表] 実験室リコネクションのその場計測で見られる加速・加熱について (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, T. Yamada, T. Watanabe, K. Gi, M. Inomoto, R. Imazawa, M. Gryaznevich, the MAST team, H. Koike, H. Hatano, C. Z. Cheng and Y. Ono
  • 学会等名: 磁気リコネクション・粒子加速研究会
  • 招待講演
• [備考] 小野・井研究室
  • URL: http://tanuki.t.u-tokyo.ac.jp
• [備考] 第12回核融合エネルギー連合講演会 若手優秀発表賞受賞
  • URL: http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2018_08/jspf2018_08-439.pdf
• [備考] 第36回プラズマ・核融合学会年会 若手優秀発表賞(正会員部門)
  • URL: http://www.jspf.or.jp/jspf_annual2019/wakate2019.html
• [備考] 第12回核融合エネルギー連合講演会 若手優秀発表賞
  • URL: http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2018_08/jspf2018_08-439.pdf