波動との相互作用によるイオンダイナミクスの複雑性の解明

• 研究課題/領域番号: 18K03574
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分14010:プラズマ科学関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 池添 竜也 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (70582849)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: 複雑性 / イオンダイナミクス / 時系列データ解析 / C-Hマップ / 高エネルギーイオン / アルベン波動 / ピッチ角散乱 / イオン検出器 / 時系列データ / 順列エントロピー / イオンサイクロトロン共鳴 / アルベン波 / 波動粒子相互作用 / 波動 / ミラー捕捉 / Jensen-Shannon複雑性 / 無衝突プラズマ / 磁化プラズマ

研究成果の概要

高温磁化プラズマにおける複雑性を決める過程の理解を目指し、時系列データの複雑性解析を行った。ある特定の物理過程を強く反映した信号を如何に得るかが実験では重要となる。本研究では、高温ミラープラズマの特徴に着目し、波動との相互作用により磁力線に沿って輸送された高エネルギーイオン束を高い精度で計測した。クーロン衝突が支配的なプラズマでは見えなかった波動との相互作用を反映したイオンダイナミクスの複雑性を調べることに成功した。J-S統計的複雑性とB-P順列エントロピーによる評価が波動に感度があること、およびピッチ角散乱を通した波動の影響でイオンダイナミクスの複雑性が変化することが実験で示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

太陽風プラズマは非常に多スケールの乱流が発達しているためにストキャスティックな信号を示すと言われていますが、実験室プラズマではそうではありません。物理素過程と信号の複雑性についての理解を深めることで、多点計測が困難な宇宙プラズマで起きている現象と地上での実験結果とをリンクさせて解明したり、核融合炉の実現に求められる乱流輸送の理解へと繋げることが可能です。本研究では磁力線に沿って流れてくるイオンを高時間分解能で直接測定できる検出器とプラズマ実験装置を用い、波動がイオンの統計的複雑性に影響することを実験で初めて示しました。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of Ion Heating Using the Difference Frequency of Two ICRF Waves in GAMMA 10/PDX (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroki KAYANO, Seowon JANG, Mafumi HIRATA, Naomichi EZUMI, Hibiki YAMAZAKI, Kairi SUGATA, Takumi AIZAWA, Daichi NOGUCHI, Doyeon KIM, Yudai SUGIMOTO, Reina MATSUURA, Ryuya IKEZOE, Masayuki YOSHIKAWA, Makoto ICHIMURA and Mizuki SAKAMOTO
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 16 号: 0 ページ: 2402045-2402045
  • DOI: 10.1585/pfr.16.2402045
  • NAID: 130008022670
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2021-03-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of End-Loss Ions Originated from Spontaneously Excited High Frequency Waves by Using an MCP Detector on GAMMA 10/PDX (2019)
  • 著者名/発表者名: Koki IZUMI, Ryuya IKEZOE, Makoto ICHIMURA, Mafumi HIRATA, Mizuki SAKAMOTO, Shuhei SUMIDA, Seowon JANG, Atsuto TANAKA, Yushi KUBOTA, Ryo SEKINE, Hiroki KAYANO and Yousuke NAKASHIMA
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 2402033-2402033
  • DOI: 10.1585/pfr.14.2402033
  • NAID: 130007633131
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-02-12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of the Potential of Confined Plasma on End-Loss Ion in GAMMA 10/PDX (2019)
  • 著者名/発表者名: Seowon JANG, Makoto ICHIMURA, Mafumi HIRATA, Ryuya IKEZOE, Mizuki SAKAMOTO, Shuhei SUMIDA, Koki IZUMI, Atsuto TANAKA, Yushi KUBOTA, Ryo SEKINE, Hiroki KAYANO and Yousuke NAKASHIMA
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 2402032-2402032
  • DOI: 10.1585/pfr.14.2402032
  • NAID: 130007633128
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-02-12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observation of Density Fluctuations Originated from RF Waves with Two-Channel Reflectometer in GAMMA 10/PDX (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryo SEKINE, Ryuya IKEZOE, Seowon JANG, Mafumi HIRATA, Makoto ICHIMURA, Mizuki SAKAMOTO, Shuhei SUMIDA, Koki IZUMI, Atsuto TANAKA, Yushi KUBOTA, Hiroki KAYANO and Yousuke NAKASHIMA
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 2402011-2402011
  • DOI: 10.1585/pfr.14.2402011
  • NAID: 130007603424
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-01-24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Full Wave Simulation on the Density Dependence of a Slow Wave Excitation in the GAMMA 10/PDX Central Cell with TASK/WF3D (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryuya IKEZOE, Yushi KUBOTA, Makoto ICHIMURA, Mafumi HIRATA, Shuhei SUMIDA, Seowon JANG, Koki IZUMI, Atsuto TANAKA, Ryo SEKINE, Hiroki KAYANO, Yoriko SHIMA, Junko KOHAGURA, Masayuki YOSHIKAWA, Mizuki SAKAMOTO, Yousuke NAKASHIMA and Atsushi FUKUYAMA
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 2402003-2402003
  • DOI: 10.1585/pfr.14.2402003
  • NAID: 130007603325
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-01-24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Observation of plasma heating by waves with Difference-Frequency of two ICRF waves in the GAMMA 10/PDX (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroki KAYANO, Seowon JANG, Mafumi HIRATA, Naomichi EZUMI, Hibiki YAMAZAKI, Kairi SUGATA, Takumi AIZAWA, Daichi NOGUCHI, Doyeon KIM, Yudai SUGIMOTO, Reina MATSUURA, Ryuya IKEZOE, Masayuki YOSHIKAWA, Makoto ICHIMURA and Mizuki SAKAMOTO
  • 学会等名: 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • 国際学会
• [学会発表] GAMMA 10/PDX セントラル部での印加波動に起因するICRF差周波波動によるイオン加熱の計測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 栢野大樹 他
  • 学会等名: 第37回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Experimental evaluation of complexity of ions interacted with high-frequency waves in a mirror field (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Ikezoe, T. Onchi, S. Jang, M. Ichimura, M. Hirata
  • 学会等名: 61th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 実験室高温ミラープラズマにおけるアルベンイオンサイクロトロン波動の励起とその役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池添竜也、市村真
  • 学会等名: 「実験室・宇宙プラズマ研究集会」「あらせサイエンス会議・解析ワークショップ」合同研究集会
  • 招待講演
• [学会発表] Statistical analyses of a high-energy ion transport on GAMMA 10/PDX (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryuya Ikezoe, Seowon Jang, Koki Izumi, Makoto Ichimura, Mafumi Hirata, Takumi Onchi
  • 学会等名: 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 高温ミラープラズマ中の高エネルギーイオン輸送 に含まれる統計情報の抽出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 池添 竜也、ジャン ソウォン、泉 昂希、市村 真、平田 真史、恩地 拓己
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会年会