ヘリカル系プラズマの改善閉込めの研究

2002 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 克己 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 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 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 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。
まずこの研究で解明すべき理論的な問題を整理し、それに従って解析を進めた。すなわち、ヘリカル系プラズマの電場構造、特に界面の解析については、界面を取り扱うことの可能な輸送解析コードを開発した。そして電場勾配と乱流粘性がもたらす自律的構造を解析した。更にCHS実験の電場構造を新古典理論に基づいて解析するとともに、乱流抑制の構造を解析した。粒子や熱の源を与え電場構造を(分岐も含め)解析し、理論的展望を求めた。
これらの理論的結果に基づき、実験での検証を提案した。CHS実験で電場界面に基づく輸送障壁の形成の予言が検証されたが、ドイツのW7-AS装置の実験でも輸送障壁の研究を行った。更に、LHDの実験でも内部輸送障壁が実験的に明確に確認された。電場界面の性質に基づき、ヘリカル系の内部界面や輸送障壁について具体的なモデルを構成する道筋がっいた。この研究の成果としての意義を強調したい。
以上の成果をとりまとめ、成果報告書を出版した。

研究成果

• [文献書誌] S.-I.Itoh, K.Itoh, S.Toda: "Probability of Statistical L-H Transition in Tokamaks"Phys.Rev.Lett. 89. 215001 (2002)
• [文献書誌] S Toda, K Itoh: "Modelling of electron root plasmas in helical devices"Plasma Phys.Control.Fusion. 44・5A. A5001-A505 (2002)
• [文献書誌] S-I Itoh, A Kitazawa, M Yagi, K Itoh: "Bifurcation and phase diagram of turbulence constituted from three different scale-length modes"Plasma Phys.Control.Fusion. Vol.44, No.6. 1311-1328 (2002)
• [文献書誌] N Kasuya, K Itoh, Y Takase: "Multiple bifurcation of the radial electric field structure induced by electrodes in tokamaks"Plasma Phys.Control.Fusion. vol.44No.5A. A287-A292 (2002)
• [文献書誌] S Tod, K Ito: "Theoretical study of the structure of the electric field in helical toroidal plasmas by the use of an anomalous transport model"Plasma Phys.Contr.Fusion. Vol.44, No.3. 325-334 (2002)
• [文献書誌] Kimitaka itoh, Sanae-I Itoh: "Transient response of transport at transport barrier formation"Plasma Phys Control Fusi. vol.44No.5A. A347-A372 (2002)
• [文献書誌] S-I Itoh, K Itoh, et al.: "Transition in multiple-scale-lengths turbulence in plasmas"Phys Plasmas. vol.9No.5. 1947-1954 (2002)
• [文献書誌] A Yoshizawa, S-I Itoh, K Itoh: "Plasma and Fluid Turbulence-Theory and Modelling"Institute of Physics Publishing (Bristol, UK). 459 (2002)