異常輸送と閉じ込め改善の物理

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09044111
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 伊藤 公孝 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (50176327)
• 研究分担者: HIRSCH M. マックス, プランク・プラズマ物理学研究所, 研究員 ; WAGNER F. マックス, プランク・プラズマ物理学研究所, 副所長 ; 伊藤 早苗 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70127611) ; 福山 淳 岡山大学, 工学部, 助教授 (60116499) ; 居田 克巳 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (00184599)
• キーワード: トロイダル・プラズマ / 乱流輸送 / 異常輸送 / 改善閉込め / 径電場 / 電場分岐 / 乱流抑制 / 構造形成

研究概要

この研究の目的は、近年のトロイダル・プラズマに見られる改善閉じ込め研究の進展を踏まえ、電場分岐モデルを始め多数の改善機構を総合的に研究するとともに、異常輸送の物理を深める事を目的としている。
本年度の成果のうち代表的なものは、電場分岐の実験的検証、電子無衝突表皮長程度の微視的揺動の実験的検証、そして非局所的輸送モデルの構成があげられる。
トロイダル・プラズマに見られる改善閉じ込めのうち最も広く観察されているものはH-modeであるが、その機構として伊藤らは電場分岐モデルを提案し、電場構造による閉じ込め改善は代表的な理論的仮説として広く研究が進められるに至っている。CHS装置において静電ポテンシアルが二つの分布の間を交互に遷移する事が実験で観測された。これはトロイダル・プラズマの自発的静電ポテンシアル分岐に関する始めての明確な観測であり、従来理論的仮説だった電場分岐を実証する成果である。
異常輸送に関し代表者らは自己維持乱流理論を従来提唱してきた。それは、電子無衝突表皮長程度の微視的揺動が線形安定性にかかわらず強い乱流として発達するという理論である。この理論は異常輸送の実験結果を比較的よく再現する事が示されていたが、対象とする乱流自体の観測が行われていなかった。TFTR装置に於いて短波長の揺動が観測され、ここで議論されていたような短波長の揺らぎが確認された。
従来の異常輸送の実験的把握では、磁気面を横切る熱流をそこのプラズマ・パラメタで表現する努力が進められてきた。W7AS装置での観測結果を分析し、新しく非局所的輸送モデルを提案した。プラズマ勾配長程度の長波長の揺動が存在し、磁気面を横切る熱流がプラズマの分布全体の影響を受けるという理論である。
これらの成果は、異常輸送と改善閉じ込めの研究に於ける重要な成果であり、今後の新しい展開を生みだす基盤をなすと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] K.ITOH, et al.: "Generation of Toroidal Current Sheet at Sawtooth crash" Plasma Phys. Contr. Fusion. 39. 1033-1039 (1997)
• [文献書誌] K.ITOH, et al.: "Current diffusive interchange mode turbulence at low magnelic shear" Plasma Phys. Contr. Fusion. 39. 1561-1570 (1997)
• [文献書誌] A.Fujisawa, …, K.ITOH, et al.: "Direct observation of potential profiles with a 200keV heavy ion beam probe on the Compact Helical Systems" Phys.Plasmas. 4. 1357-1361 (1997)
• [文献書誌] S.-I.ITOH, K.ITOH: "Spectrum of subcritical turbulence in an inhomageneous plasma" J.Phys.Soc.Jpn.66. 1571-1574 (1997)
• [文献書誌] A.Fujisawa, …, K.ITOH, et al.: "Dynamic Behavior of Potential in the plasma core of the CHS Heliotron/torsatron" Phys. Rev.Lett.79. 1054-1057 (1997)
• [文献書誌] G.Tateishi, S.-I.ITOH, et al.: "The effect of He-ash poisoning on L-mode and high βp-mode operations in ITER-like plasmas" Plasma Phys. Contr. Fusion. 39. 1871-1885 (1997)
• [文献書誌] M.Yagi, S.-I.ITOH, et al.: "Nonlinear simulation of electromagnetic currnet diffusive interchange mode turbulence" Plasma Phys. Contr. Fusion. 39. 1887-1914 (1997)
• [文献書誌] K.ITOH: "Effects of Negative magnetic Shear.in Fusion Plasma confinement (in Japanese)" J.Plasma and Fusion Research. 73. 647-655 (1997)
• [文献書誌] T.Kubota, S.-I.Itoh, et al.: "1D Simulation of Sawtooth crash based on transport bifurcation" Plasma Phys.Contr.Fusion. 39. 1397-1407 (1997)
• [文献書誌] L.ITOH, et al.: "Suppression of plasma turbulence by asymmotion hot ions" Plasma Phys.Contr. Fusion. 40(印刷中). (1998)
• [文献書誌] S.-I.ITOH, et al.: "Physics of collapse-probolrilistic occurence of ELMS and Crashes" Plasma Phys.Contr.Fusion. 40(印刷中). (1998)
• [文献書誌] A.Fukuyama, …, K.ITOH, et al.: "Transition to an enhanced internal transport barrier" Plasma Phys.Contr.Fusion. 40(印刷中). (1998)
• [文献書誌] A.Fujisawa, …, K.ITOH, et al.: "Elcric field bifurcation and transition in core plasma of CHS" Plasma Phys. Contr. Fusion. 40(印刷中). (1998)