磁気圏型プラズマにおける自己組織化の物理機構の解明：熱・粒子輸送に着目して

• 研究課題/領域番号: 18K13525
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分14020:核融合学関連
• 研究機関: 核融合科学研究所 (2020-2022); 東京大学 (2018-2019)
• 研究代表者: 釼持 尚輝 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80781319)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 磁気圏型プラズマ / 自己組織化 / 熱・粒子輸送 / 核融合 / トムソン散乱計測 / 深層学習

研究成果の概要

本研究の目的は、天体磁気圏が高ベータプラズマを自発的に閉じ込めるメカニズムを解明するため、RT-1装置を用い自発的に形成される高ベータプラズマの熱・粒子特性の解明である。本研究により内向き拡散のメカニズムについて以下に示す2つの新しい知見を得られた。(i)本研究で開発した詳細計測・解析手法により、内向き拡散により自発的に形成されるピークした密度分布を詳細に可視化した。(ii)放電中に中性ガスを入射することで、ピークした密度分布が再構成される際に低周波揺動が励起されることを発見し、揺動の時空間構造の詳細計測から内向き拡散のメカニズムにドリフト波不安定性が関連していることを示唆した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本論文で明らかにした密度分布の自己調整機構は、定常閉じ込め系に共通する長寿命構造の基礎物理における知見を与えることができる。トカマク等の磁場配位とは異なる新概念核融合装置の研究としてはもとより、将来の核融合装置に共通の物理工学課題も含んでおり、高性能な高ベータプラズマ生成とプラズマ閉じ込め物理研究の進展が期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] ウィスコンシン大学(米国)
• [雑誌論文] Absorption Analysis of Electron Cyclotron Waves in the Magnetospheric Plasma Device RT-1 (2022)
  • 著者名/発表者名: MORI Takahiro、NISHIURA Masaki、KENMOCHI Naoki、Ueda Kenji、Nakazawa Takuya、Yoshida Zensho
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 17 号: 0 ページ: 2405090-2405090
  • DOI: 10.1585/pfr.17.2405090
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2022-08-24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preceding propagation of turbulence pulses at avalanche events in a magnetically confined plasma (2022)
  • 著者名/発表者名: Kenmochi N.、Ida K.、Tokuzawa T.、Yasuhara R.、Funaba H.、Uehara H.、Den Hartog D. J.、Yamada I.、Yoshinuma M.、Takemura Y.、Igami H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 6979-6979
  • DOI: 10.1038/s41598-022-10499-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Collective Thomson scattering diagnostic with in situ calibration system for velocity space analysis in large helical device (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishiura Masaki、Adachi Shun、Tanaka Kenji、Kubo Shin、Kenmochi Naoki、Shimozuma Takashi、Yanai Ryoma、Saito Teruo、Nuga Hideo、Seki Ryosuke
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 93 号: 5 ページ: 053501-053501
  • DOI: 10.1063/5.0079296
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inward diffusion driven by low frequency fluctuations in self-organizing magnetospheric plasma (2022)
  • 著者名/発表者名: Kenmochi N.、Yokota Y.、Nishiura M.、Saitoh H.、Sato N.、Nakamura K.、Mori T.、Ueda K.、Yoshida Z.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 62 号: 2 ページ: 026041-026041
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac412c
  • NAID: 120007183005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calibration of coherence imaging spectroscopy using spectral line sources (2021)
  • 著者名/発表者名: Ueda Kenji、Nishiura Masaki、Kenmochi Naoki、Yoshida Zensho、Nakamura Kaori
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 92 号: 7 ページ: 073501-073501
  • DOI: 10.1063/5.0043875
  • NAID: 120007180074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reformation of the Electron Internal Transport Barrier with the Appearance of a Magnetic Island (2020)
  • 著者名/発表者名: Kenmochi N.、Minami T.、Mizuuchi T.、Takahashi C.、Weir G. M.、Nishioka K.、Kobayashi S.、Nakamura Y.、Okada H.、Kado S.、Yamamoto S.、Ohshima S.、Konoshima S.、Ohtani Y.、Nagasaki K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 5-5
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56492-x
  • NAID: 120006777053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Collective Thomson scattering with 77, 154, and 300 GHz sources in LHD (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishiura M.、Tanaka K.、Kubo S.、Saito T.、Kenmochi N.、Nuga H.、Seki R.、Shimozuma T.、Yoshimura Y.、Igami H.、Takahashi H.、Tsujimura T.I.、Yanai R.、Tatematsu Y.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 15 号: 01 ページ: C01002-C01002
  • DOI: 10.1088/1748-0221/15/01/c01002
  • NAID: 120007180034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tomographic Reconstruction of Imaging Diagnostics with a Generative Adversarial Network (2019)
  • 著者名/発表者名: KENMOCHI Naoki、NISHIURA Masaki、NAKAMURA Kaori、YOSHIDA Zensho
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 1202117-1202117
  • DOI: 10.1585/pfr.14.1202117
  • NAID: 130007695048
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-07-30
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simulation of Electromagnetic Wave Propagation in a Magnetospheric Plasma (2019)
  • 著者名/発表者名: MORI Takahiro、NISHIURA Masaki、YOSHIDA Zensho、KENMOCHI Naoki、KATSURA Shotaro、NAKAMURA Kaori、YOKOTA Yuuki、TSUJIMURA Toru I.、KUBO Shin
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 3401134-3401134
  • DOI: 10.1585/pfr.14.3401134
  • NAID: 130007704082
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental analysis of self-organized structure and transport on the magnetospheric plasma device RT-1 (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishiura M.、Yoshida Z.、Kenmochi N.、Sugata T.、Nakamura K.、Mori T.、Katsura S.、Shirahata K.、Howard J.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 号: 9 ページ: 096005-096005
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab259a
  • NAID: 120007176949
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nd:YAG laser Thomson scattering diagnostics for a laboratory magnetosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenmochi N.、Nishiura M.、Yoshida Z.、Yamada I.、Funaba H.、Sugata T.、Nakamura K.、Katsura S.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 89 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.5037473
  • NAID: 120007180076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherence-imaging spectroscopy for 2D distribution of ion temperature and flow velocity in a laboratory magnetosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura K.、Nishiura M.、Takahashi N.、Yoshida Z.、Kenmochi N.、Sugata T.、Katsura S.、Howard J.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 89 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.5037124
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 磁場閉じ込めプラズマの非局所輸送に関する実験的研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 釼持尚輝
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 敵対的生成ネットワークを用いた プラズマ加熱制御のための エッジAIシステムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 釼持尚輝, 辻村亨, 水野嘉識, 舟場久芳, 安原亮, 山田一博, 上原日和, 吉村泰夫, 西浦正樹, 伊神弘恵, 高橋裕己, 矢内亮馬
  • 学会等名: 第39回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Preceding propagation of turbulence pulses at heat avalanche events (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Kenmochi, K. Ida, T. Tokuzawa, R. Yasuhara, H. Funaba, H. Uehara, D. J Den Hartog, I. Yamada, M. Yoshinuma, H. Igami
  • 学会等名: 64th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Propagation characteristics of preceding turbulence pulses at avalanche events (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Kenmochi, K. Ida, T. Tokuzawa, R. Yasuhara, H. Funaba, H. Uehara, D. J, Den Hartog, I. Yamada, M. Yoshinuma, H. Igami
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 熱雪崩現象において先行伝搬する乱流パルスの特性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 釼持尚輝, 居田克巳, 徳澤季彦, 安原 亮, 舟場久芳, 上原日和, D. J. Den Hartog, 山田一博, 吉沼幹朗, 武村勇輝, 伊神弘恵
  • 学会等名: 第14回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Application of Generative Adversarial Networks for Plasma Diagnostics and Heating Control System (2021)
  • 著者名/発表者名: N. Kenmochi , M. Nishiura , Z. Yoshida , H. Nuga , T.I. Tsujimura , Y. Mizuno
  • 学会等名: The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inward Diffusion Driven by Low Frequency Fluctuations in Self-Organizing Magnetospheric Plasma (2021)
  • 著者名/発表者名: N. Kenmochi , Y. Yokota , M. Nishiura , H. Saitoh , N. Sato , K. Nakamura , T. Mori , K. Ueda , Z. Yoshida
  • 学会等名: 28th IAEA Fusion Energy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 磁気圏型プラズマの自己組織化における 低周波揺動が駆動する内向き拡散の実験解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 釼持尚輝, 横田侑己, 西浦正樹, 齋藤晴彦, 佐藤直木, 森敬洋, 上田研二, 吉田善章
  • 学会等名: 第37回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] 敵対的生成ネットワークを用いた プラズマ計測・加熱制御手法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 釼持尚輝, 西浦正樹, 吉田善章, 辻村亨, LHD実験グループ
  • 学会等名: 第37回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Generative adversarial networks for plasma diagnostics and heating control (2020)
  • 著者名/発表者名: Naoki KENMOCHI, Masaki NISHIURA, Toru Ii TSUJIMURA, the LHD Experimental Group, the RT-1 Experimental Group
  • 学会等名: The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • 国際学会
• [学会発表] 深層敵対的生成ネットワークを用いた線積分型イメージング計測における局所分布再構成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 釼持尚輝, 西浦正樹, 中村香織, 上田研二, 吉田善章
  • 学会等名: 第36回 プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] Deep learning for tomographic reconstruction of imaging diagnostics (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Kenmochi, M. Nishiura, K. Nakamura, K. Ueda, Z. Yoshida
  • 学会等名: 3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of uphill diffusion with low frequency fluctuation in dipole magnetic field (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Kenmochi, Y. Yokota, M. Nishiura, H. Saitoh, K. Nakamura, T. Mori, Z. Yoshida
  • 学会等名: 46th European Physical Society Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Collective Thomson scattering with 77, 154, and 300 GHz sources in LHD (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiura, K. Tanaka, S. Kubo, T. Saito, N. Kenmochi, H. Nuga, R. Seki, T. Shimozuma, Y. Yoshimura, H. Igami, H. Takahashi, T. I. Tsujimura, R. Yanai, Y. Tatematsu, LHD experiment group
  • 学会等名: Laser Aided Plasma Diagnostics 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ダイポール磁場中の粒子のアップヒル拡散と揺動特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 釼持尚輝，西浦正樹，吉田善章，桂将太郎，中村香織，森敬洋，横田侑己
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Uphill Diffusion with Low Frequency Fluctuation in Dipole Magnetic Field (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Kenmochi. Masaki Nishiura, Zensho Yoshida, Tetsuya Sugata, Shotaro Katsura, Kaori Nakamura, Takahiro Mori, Yuuki Yokota
  • 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
• [学会発表] ダイポール磁場中の密度揺動と粒子の内向き拡散特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 釼持尚輝，西浦正樹，吉田善章，管田徹也，桂将太郎，中村香織
  • 学会等名: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Nd:YAG laser Thomson scattering diagnostics for laboratory magnetosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Kenmochi, M. Nishiura, Z. Yoshida, I. Yamada, H. Funaba, T. Sugata, K. Nakamura, and S. Katsura
  • 学会等名: High Temperature Plasma Diagnostics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental approach for understanding self-organized plasma transport in laboratory magnetosphere RT-1 (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiura, Z. Yoshida, N. Kenmochi, T. Sugata, K. Nakamura, S. Katsura, K. Shirahata, Y. Yokota, T. Mori, C. Michael, J. Howard
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Progress in the Dipole Plasma Experiment RT-1 (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiura, Z. Yoshida, N. Kenmochi, T. Sugata, K. Nakamura, S. Katsura, C. Michael, J. Howard
  • 学会等名: 19th International Congress on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/nkenmochi/
• [備考] プラズマ理工学講座ホームページ
  • URL: http://www.ppl.k.u-tokyo.ac.jp/index.html