トーラスプラズマ合体を用いた駆動型磁気リコネクションの実験的検証

1997 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 07044128
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究分野: プラズマ理工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 桂井 誠 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70011103)
• 研究分担者: パンフリー ニール プリンストン大学, プラズマ物理研究所, 研究員 ; フォンゲラー シュバイク プリンストン大学, プラズマ物理研究所, 主任研究員 ; ヤマダ マサアキ プリンストン大学, プラズマ物理研究所, 主任研究員 ; カールスラッド ラッセル プリンストン大学, 天文学科, 教授 ; 小野 靖 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30214191) ; KULSRUD Russel M. Princeton Univ., Dept.Astromy, Professor ; ITAGAKI Toshifumi Univ.Tokyo, Dept.Electrical Eng., Assistant Professor (60242012) ; POMPHREY Neal Princeton Univ., Plasma Physics Lab., Research Physicist
• 研究期間 (年度): 1995 – 1997
• キーワード: 磁気リコネクション / プラズマ合体 / スフェロマック / 駆動型再結合モデル / トカマク / 異常抵抗 / イオン異常加熱 / FRC

研究概要

本年度は、進展しているTS-3、MRXプラズマ合体実験の結果を、互いに、或いは理論、計算機シミュレーションと比較、検討する形で相互協力を行った。4回の国際会議での成果公表や、3回の相互訪問の際、両実験グループにプリンストン大学、核融合科学研究所、テキサス大学理論グループ等を加えた討論を行った。電流シート幅がイオンラ-マ半径を下回ることにより磁気リコネクションの異常拡散やイオン異常加熱が引き起こされるとのTS-3実験結果は、核融合科学研究所やテキサス大学のマクロ粒子シミュレーション結果に定性的によく一致することが判明した。イオンの磁化運動が非磁化運動に転移する時点で何らかのミクロ不安定が発生し、異常拡散とイオン加熱を引き起こされることが結論された。これにより、外力によってシートを圧縮しても、小さなXラインに平行な磁場成分の印加でイオンラ-マ半径を大きくしても、リコネクション速度が向上するとの駆動型磁気リコネクションの3成分磁場効果のメカニズムが明らかになった。MRX実験によるYポイントやOポイントの形成などについても、Xラインに平行な磁場成分の効果によって電流シートに磁気島が形成されやすい点がリコネクション速度の低下につながる点が双方の実験、シミュレーションで判明した。TS-3に比べ、ゆっくりした磁気リコネクション現象をカバーするため、MRX実験の電流シートには磁気島が成長する反面、電流シート幅はイオンラ-マ半径よりも常に大きいことがわかった。以上、実験、理論、計算機シミュレーションの3つの立場から、電流シートの微視的不安定や微視的構造変化がリコネクションの巨視的な促進に繋がることが判明した。また、TS-3実験で開発された可視光トモグラフィーのソフトウェアをMRXに移設し、磁気レイノルズ数1000を達成したMRX実験の特徴を生かして、磁気プローブ挿入を必要としない非接触の多次元プラズマ形状計測を開始するに至っている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ono: "Slow Formation of Field-Reversed Configuration by Use of Merging Sphoromaks" Transaction of Fusion Technology. 27. 369-373 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Ono et.al.: "Ion Acceleration and Direct Ion Heating in Three-Component Magnetic Reconnection" Physical Review Letters. 76. 3328-3331 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Ono et al.: "Exparimental Observation of Direct Ion Heating/Acceleration During Merging Formation of FRC" Fusion Energy 1996. 2. 263-273 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Ono et al.: "Exparimental Investigation of Three-Component Magnetic Reconnection by Use of Merging Spheromaks and Tokamaks" Physics of Plasmas. 4. 1953-1962 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Yamada, Y.Ono et al.: "Identification of Y-Shaped and O-Shaped Diffusion Region during Magnetic Reconnection in Laboratory Plasma" Physical Review Letters. 78. 3117-3120 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Morita, Y.Ono et al.: "Experimental Investigation on Tilt Stabilizing Effect of External Toroidal Field in Low Aspect Ratio Tokamak" Physics of Plasmas. 4. 315-322 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Ono: "Slow Formation of Field-Reversed Configuration by Use of Two Merging Spheromaks" Transaction of Fusion Technology. Vol.27. 369-373 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Yamada, N.Pomphrey, A.Morita, Y.Ono and M.Katsurai: "Study of the Ultra Low Aspect Ratio Tokamak, ULART" Transaction of Fusion Technology. Vol.27. 161-166 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Ono, M.Yamada, T.Akao, T.Tajima and R.Matsumoto: "Ion Acceleration and Direct Ion Heating in Three-Component Magnetic Reconnection" Physical review Letters. Vol.76, No.18. 3328-3331 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Yamada, N.Pomphrey, A.Morita, Y.Ono and M.Katsurai: "Global Stability Study of the Ultralow Aspect Ratio Tokamak, ULART" Nuclear Fusion. Vol.36, No.9. 1210-1216 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Ono: "Relaxation of Merging Two Spheromaks to Field Reversed Configuration" Toyota Research Report. Vol.49. 83-96 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Ono, M.Yamada, T.Akao, T.Tajima and R.Matsumoto: "Ion Acceleration and Direct Ion Heating in Three-Component Magnetic Reconnection" The University of Texas Report. DE-FG03-96ER-54346-742. 1-17 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Ono, M.Katsurai, M.Inomoto, Y.Ueda, H.Yasuda and T.Itagaki: "Experimental Observation of Direct Ion Heating/Acceloration During Marging Formation of FRC" Fusion Energy 1996. Vol.2. 263-273 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Ono, M.Inomoto, T.Okazaki and Y.Ueda: "Experimental Investigation of Three-Component Magnetic Reconnection by Use of Merging Spheromaks and Tokamaks" Physics of Plasmas. Vol.4, No.5, Pt.2 (Invited Paper). 1953-1962 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Morita, Y.Ono, M.Katsurai and M.Yamada: "Experimental Investigation on Tilt Stabilizing Effect of External Toroidai Field in Low Aspect Ratio Tokamak" Physics of Plasmas. Vol.4, No.2. 315-322 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Yamada, H.Ji S.Hsu, T.Carter, R.Kulsrud, Y.Ono and F.Perkins: "Identification of Y-Shaped and O-Shaped Diffusion Regions during Magnetic Reconnection in Laboratory Plasma" Physical Review Letters. Vol.78. 3117-3120 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より