ヘリカル系プラズマの改善閉込めの研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11680501
• 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: 藤澤 彰英 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (60222262) ; 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) ; 佐貫 平二 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (80109355) ; 伊藤 早苗 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70127611) ; 登田 慎一郎 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (60332186)
• キーワード: ヘリカル系プラズマ / 電場界面 / 径電場 / 分岐 / 輸送障壁 / 自律振動

研究概要

この研究では、「電場分岐と乱流輸送の抑制」という物理的機構に注目し、ヘリカル系プラズマに対し、改善閉じ込め状態の理論的可能性を検討するとともに、CHS装置を用い実験的に改善閉じ込め状態の端緒を探究することを目的とする。ヘリカル系プラズマの電場構造を詳細に研究し、径電場の極性が正の領域と負の領域が現われ両者が接する界面が存在することを示し、その自律的構造を解明する。それによって改善閉じ込め状態の理論的可能性を導き、実験可能性の有無を確認する。その解析に基づき、実験的検証も遂行する。
今年度の研究成果として次のような結果が得られた。まず、界面を取り扱うことの可能な輸送解析コードが開発された。粒子や熱の源を与え電場構造を(分岐も含め)求めることが可能になった。それを用い、CHS装置の電場構造を新古典理論に基づいて解析を始めた。密度や電子温度・イオン温度の値によって、遷移の硬さが変わる事を示した。界面付近の急峻な電場勾配を解析する理論を作り、界面の厚みや、電場勾配の最大値を理論的に求める事が出来た。新古典輸送理論により求められるリップル捕捉粒子の拡散による径電流の電場依存性と、イオンの粘性によって界面の厚みが決定される。これらの理論的結果に基づき、乱流粘性と電場分岐で決定される界面の構造について理論的モデルを考案した。従来の理論によって、乱流輸送が低下するために必要な電場勾配の強度が示されており、その結果とあわせることにより、乱流拡散が抑制される条件を導く事が出来た。

研究成果

• [文献書誌] K.ITOH, et al.: "On turbulent transport in burning plasmas"Plasma Phys.Contr.Fusion. 42.7. 855-861 (2000)
• [文献書誌] A.Fujisawa,…,K.ITOH, et al.: "Transport barrier formation and bifurcation patterns of potential in compact helical system heliotron/torsatron"Plasma Phys.Control.Fusion. 42.5. A103-A108 (2000)
• [文献書誌] M.Yagi,S.-I.Itoh,K.Itoh,A.Fukuyama: "MHD interaction dynamics of shear flow and islands"Plasma Phys.Contr.Fusion. 42.5. A133-A138 (2000)
• [文献書誌] L.Giannone,…,K.ITOH, et al.: "Physics of density limit in the W7-AS stellarator"Plasma Phys.Contr.Fusion. 42.6. 603-627 (2000)
• [文献書誌] A.Fujisawa,…,K.ITOH, et al.: "Experimental Study of the bifurcation nature of the electrostatic potential of a toroidal helical plasma"Phys.Plasmas. 7.10. 4152-4183 (2000)
• [文献書誌] M.Yokoyama,K.ITOH, et al.: "Confirmation of theoretical evaluation of equilibrium current in helical systems."Nucl.Fusion. 40.11. 1909-1916 (2000)
• [文献書誌] K.L,Wong,K.ITOH, et al.: "Short wavelength fluctuations and electron transport in TFTR"Phys.Letters. A276,Nov6. 281-285 (2000)
• [文献書誌] A.Yoshizawa,S.-I,ITOH,K.ITOH,N.YOKOI: "Turbulence theories and modelling of fluids and plasmas"Plasma Phys.Contr.Fusion. 43.3. R1-R144 (2001)