プラズマ乱流におけるストリーマーの3次元構造と動的応答

• 研究課題/領域番号: 17K06994
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 山田 琢磨 九州大学, 基幹教育院, 教授 (90437773)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 乱流計測 / 非線形結合 / ストリーマー / プラズマ・核融合

研究成果の概要

メゾスケール構造の一種であるストリーマーの理解は、プラズマ乱流において重要な研究である。九州大学の直線プラズマ装置PANTAにおいて、ストリーマーと、その構造形成に重要な役割を果たす媒介波、およびストリーマーを形作る搬送波を3次元的に計測して軸方向構造を明らかにした。また新しい解析手法により、周方向での非線形結合の確認や、周方向波数の局所空間情報を部分的に得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

核融合発電の実現にはプラズマ乱流の理解し制御することが求められる。中でもメゾスケール構造は乱流輸送に大きな影響を与え、例えばメゾスケール構造の一種であるストリーマー構造はプラズマ内の輸送を増大させ、閉じ込めを劣化させてしまう。本研究では直線プラズマに発生するストリーマー構造を数多くの計測点や様々な解析手法によって3次元的に観測し、その詳細を明らかにした。特にこれまでのスペクトル解析・バイスペクトル解析を発展させた新しい解析手法はストリーマーの構造を明らかにするだけでなく、プラズマ乱流の精密計測実験の先駆けとなり大いに波及効果を生み出す。

研究成果

• [雑誌論文] A Proposal to Evaluate Electron Temperature and Electron Density Fluctuations Using Dual Wavelength Emission Intensity Tomography in a Linear Plasma (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagashima Yoshihiko、Fujisawa Akihide、Yamasaki Kotaro、Inagaki Shigeru、Moon Chanho、Kin Fumiyoshi、Kawachi Yuichi、Arakawa Hiroyuki、Yamada Takuma、Kobayashi Tatsuya、Kasuya Naohiro、Kosuga Yusuke、Sasaki Makoto、Ido Takeshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 号: 3 ページ: 033501-033501
  • DOI: 10.7566/jpsj.92.033501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation Process of a Solitary Vortex in a Zonal Flow - Drift-Wave Dynamics (2022)
  • 著者名/発表者名: ARAKAWA Hiroyuki、SASAKI Makoto、INAGAKI Shigeru、LESUR Maxime、KOSUGA Yusuke、KOBAYASHI Tatsuya、KIN Fumiyoshi、YAMADA Takuma、NAGASHIMA Yoshihiko、FUJISAWA Akihide、ITOH Kimitaka
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 17 号: 0 ページ: 1301106-1301106
  • DOI: 10.1585/pfr.17.1301106
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2022-11-24
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatiotemporal dynamics of high-wavenumber turbulence in a basic laboratory plasma (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawachi Yuichi、Sasaki Makoto、Kosuga Yusuke、Terasaka Kenichiro、Nishizawa Takashi、Yamada Takuma、Kasuya Naohiro、Moon Chanho、Inagaki Shigeru
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 19799-19799
  • DOI: 10.1038/s41598-022-23559-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interactions of drift wave turbulence with streamer flows in wave-kinetic formalism (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasaki M.、Arakawa H.、Kobayashi T.、Kin F.、Kawachi Y.、Yamada T.、Itoh K.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 28 号: 10 ページ: 102304-102304
  • DOI: 10.1063/5.0059839
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic interaction between fluctuations with different origins in a linear magnetized plasma (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawachi Y.、Inagaki S.、Sasaki M.、Kosuga Y.、Yamasaki K.、Kobayashi T.、Kin F.、Yamada T.、Arakawa H.、Nagashima Y.、Moon C.、Kasuya N.、Fujisawa A.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 28 号: 11 ページ: 112302-112302
  • DOI: 10.1063/5.0065887
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Correlation-estimated conditional average method and its application on solitary oscillation in PANTA (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T-K、Fujisawa A、Nagashima Y、Moon C、Yamasaki K、Nishimura D、Inagaki S、Yamada T、Kasuya N、Kosuga Y、Sasaki M、Kawachi Y
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 63 号: 3 ページ: 032001-032001
  • DOI: 10.1088/1361-6587/abd980
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of spatiotemporal structures of temperature fluctuations by using of a statistical phase detection method in a linear magnetized plasma (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawachi Yuichi、Inagaki Shigeru、Kin Fumiyoshi、Yamasaki Kotaro、Kosuga Yusuke、Sasaki Makoto、Nagashima Yoshihiko、Yamada Takuma、Arakawa Hiroyuki、Kasuya Naohiro、Moon Chanho、Hasamada Kazunobu、Fujisawa Akihide
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 62 号: 5 ページ: 055011-055011
  • DOI: 10.1088/1361-6587/ab8132
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tomography system for two-dimensional observation of fluctuation in magnetized plasma (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki K.、Fujisawa A.、Nagashima Y.、Moon C.、Inagaki S.、Yamada T.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 91 号: 3 ページ: 033502-033502
  • DOI: 10.1063/1.5144480
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of Particle Flux Driven by Coherent Mode Using of Statistical Conditional Averaging (2019)
  • 著者名/発表者名: KAWACHI Yuichi、INAGAKI Sigeru、HASAMADA Kazunobu、YAMASAKI Kotaro、KIN Fumiyoshi、KOSUGA Yusuke、SASAKI Makoto、NAGASHIMA Yoshihiko、KASUYA Naohiro、YAMADA Takuma、ZHANG Boyu、FUJISAWA Akihide
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 1402090-1402090
  • DOI: 10.1585/pfr.14.1402090
  • NAID: 130007660676
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-05-16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observations of radially elongated particle flux induced by streamer in a linear magnetized plasma (2019)
  • 著者名/発表者名: Kin F.、Fujisawa A.、Itoh K.、Kosuga Y.、Sasaki M.、Inagaki S.、Nagashima Y.、Yamada T.、Kasuya N.、Yamasaki K.、Hasamada K.、Zhang B. Y.、Kawachi Y.、Arakawa H.、Kobayashi T.、Itoh S.-I.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 号: 4 ページ: 042306-042306
  • DOI: 10.1063/1.5093218
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Roles of solitary eddy and splash in drift wave?zonal flow system in a linear magnetized plasma (2019)
  • 著者名/発表者名: Arakawa H.、Sasaki M.、Inagaki S.、Kosuga Y.、Kobayashi T.、Kasuya N.、Yamada T.、Nagashima Y.、Kin F.、Fujisawa A.、Itoh K.、Itoh S.-I.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 号: 5 ページ: 052305-052305
  • DOI: 10.1063/1.5094577
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ion temperature measurement by laser‐induced fluorescence spectroscopy in panta (2019)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Hirotyuki、Inagaki Shigeru、Kosuga Yusuke、Sasaki Makoto、Kin Fumiyoshi、Hasamada Kazunobu、Yamasaki Kotaro、Kobayashi Tatsuya、Yamada Takuma、Nagashima Yoshihiko、Fujisawa Akihide、Kasuya Naohiro、Itoh Kimitaka、Itoh Sanae‐I
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering 巻: 14 号: 10 ページ: 1450-1454
  • DOI: 10.1002/tee.22962
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fourier-rectangular function analysis for cylindrical plasma images (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki K.、Fujisawa A.、Nagashima Y.、Moon C.、Inagaki S.、Kasuya N.、Kosuga Y.、Sasaki M.、Yamada T.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 126 号: 4 ページ: 043304-043304
  • DOI: 10.1063/1.5108717
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of turbulence intermittency in linear magnetized plasma (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhang Boyu、Inagaki Shigeru、Hasamada Kazunobu、Yamasaki Kotaro、Kin Fumiyoshi、Nagashima Yoshihiko、Yamada Takuma、Fujisawa Akihide
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 61 号: 11 ページ: 115010-115010
  • DOI: 10.1088/1361-6587/ab434f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Turbulence Simulation on Zonal Flow Formations in the Presence of Parallel Flows (2019)
  • 著者名/発表者名: SASAKI Makoto、KASUYA Naohiro、KOSUGA Yusuke、KOBAYASHI Tatsuya、YAMADA Takuma、ARAKAWA Hiroyuki、INAGAKI Shigeru、ITOH Kimitaka
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 1401161-1401161
  • DOI: 10.1585/pfr.14.1401161
  • NAID: 130007750212
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Combined methods of moment vectors and Stokes parameters to analyze tomographic image of plasma turbulence (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa A.、Nagashima Y.、Yamasaki K.、Inagaki S.、Yamada T.、Sasaki M.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 号: 1 ページ: 012305-012305
  • DOI: 10.1063/1.5048970
  • 査読あり
• [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] Extraction of nonlinear waveform in turbulent plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Kin F.、Itoh K.、Fujisawa A.、Kosuga Y.、Sasaki M.、Yamada T.、Inagaki S.、Itoh S.-I.、Kobayashi T.、Nagashima Y.、Kasuya N.、Arakawa H.、Yamasaki K.、Hasamada K.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 号: 6 ページ: 062304-062304
  • DOI: 10.1063/1.5027124
  • NAID: 130006711929
  • 査読あり
• [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] Magnetic island dynamics in magnetic reconnection in UTST experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamio S.、Inomoto M.、Yamasaki K.、Yamada T.、Cheng C. Z.、Ono Y.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 号: 1 ページ: 012126-012126
  • DOI: 10.1063/1.5006092
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three-Dimensional Structure of the Streamer in Linear Plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamada Takuma、Inagaki Shigeru、Sasaki Makoto、Nagashima Yoshihiko、Kin Fumiyoshi、Arakawa Hiroyuki、Kobayashi Tatsuya、Yamasaki Kotaro、Kasuya Naohiro、Kosuga Yusuke、Fujisawa Akihide、Itoh Kimitaka、Itoh Sanae-I.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 3 ページ: 034501-034501
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.034501
  • NAID: 210000134734
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Phenomenological Classification of Turbulence States in Linear Magnetized Plasma PANTA (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T.、Inagaki S.、Kosuga Y.、Sasaki M.、Nagashima Y.、Yamada T.、Arakawa H.、Kasuya N.、Fujisawa A.、Itoh S.-I. 、Itoh K.
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 12 号: 0 ページ: 1401019-1401019
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1401019
  • NAID: 130006897725
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiple-Instabilities in Magnetized Plasmas with Density Gradient and Velocity Shears (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki M.、Kasuya N.、Toda S.、Yamada T.、Kosuga Y.、Arakawa H.、Kobayashi T.、Inagaki S.、Fujisawa A.、Nagashima Y.、Itoh K.、Itoh S.-I.
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 12 号: 0 ページ: 1401042-1401042
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1401042
  • NAID: 130006224433
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Topological bifurcation of helical flows in magnetized plasmas with density gradient and parallel flow shear (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki M.、Kasuya N.、Itoh K.、Toda S.、Yamada T.、Kosuga Y.、Nagashima Y.、Kobayashi T.、Arakawa H.、Yamasaki K.、Fujisawa A.、Inagaki S.、Itoh S.-I.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 24 号: 11 ページ: 112103-112103
  • DOI: 10.1063/1.5000343
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 直線プラズマにおける非線形現象の位相空間解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山田琢磨, 佐々木真, 河内裕一, 山崎広太郎, 永島芳彦, 糟谷直宏, 小菅佑輔, 稲垣滋, 藤澤彰英, 伊藤公孝
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] 直線プラズマにおける非線形現象の先進的解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田琢磨, 稲垣滋, 佐々木真, 河内裕一, 山崎広太郎, 永島芳彦, 糟谷直宏, 小菅佑輔, 藤澤彰英, 伊藤公孝
  • 学会等名: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [学会発表] PANTAにおける非線形現象の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山田琢磨, 稲垣滋, 佐々木真, 永島芳彦, 山﨑広太郎, 糟谷直宏, 小菅佑輔, 藤澤彰英, 伊藤公孝
  • 学会等名: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [学会発表] 直線プラズマにおける非線形結合の研究, (2020)
  • 著者名/発表者名: 山田 琢磨, 稲垣 滋, 佐々木 真, 永島 芳彦, 山﨑 広太郎, 糟谷 直宏, 小菅 佑輔, 藤澤 彰英, 伊藤 公孝
  • 学会等名: 日本物理学会 第75回年次大会
• [学会発表] 直線プラズマにおける非線形結合とストリーマー (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田 琢磨, 稲垣 滋, 佐々木 真, 永島 芳彦, 山﨑 広太郎, 糟谷 直宏, 小菅 佑輔, 藤澤 彰英, 伊藤 公孝, 伊藤 早苗
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 閉じ込めを左右するメゾスケール構造～乱流内の非線形結合～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田琢磨
  • 学会等名: 東京大学 先端電力エネルギー・環境技術教育研究センター(APET)特別講演会
  • 招待講演
• [学会発表] PANTAにおける乱流の三次元構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田琢磨, 稲垣滋, 佐々木真, 永島芳彦, 金史良, 挾間田一誠, 荒川弘之, 小林達哉, 山崎広太郎, 糟谷直宏, 小菅佑輔, 藤澤彰英, 伊藤公孝, 伊藤早苗
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [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-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] PANTAにおけるストリーマーと媒介波の三次元構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田琢磨, 稲垣滋, 佐々木真, 永島芳彦, 金史良, 挾間田一誠, 荒川弘之, 小林達哉, 山﨑広太郎, 糟谷直宏, 小菅佑輔, 藤澤彰英, 伊藤公孝, 伊藤早苗
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [図書] 物理科学, この1年 2020 (2020)
  • 著者名/発表者名: パリティ編集委員会、大槻 義彦
  • 総ページ数: 166
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621304860