次元的相似な低エネルギー密度ヘリカルプラズマによる高温プラズマ閉じ込め模擬実験

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206107
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 東井 和夫 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (20093057)
• 研究分担者: 鈴木 千尋 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (30321615) ; 庄司 多津男 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (50115581) ; 後藤 基志 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00290916) ; 大舘 暁 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00270489) ; 洲鎌 英雄 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (80202125) ; 中島 徳嘉 核融合科学研究所, 理論シミュレーション研究センター, 教授 (30172315)
• キーワード: 次元的相似プラズマ / ヘリカル装置 / プラズマ揺動 / 揺動相関計測 / 内部輸送障壁 / 径電場 / 電子ルート / 電子バーンシュタイン波

研究概要

CHS装置において、20kW、2.45GHzマイクロ波電源3台をそれぞれ垂直入射用2台と斜め入射用1台により実効的衝突周波数を広く変えることを狙ってプラズマ生成と加熱実験を行った。遮断密度の数倍の電子密度の実現と電子温度上昇を観測し、電子バーンシュタイン波加熱を裏付ける結果を得た。中性粒子の影響を軽減するため、定常ガス封入に替わって高温プラズマ実験と同様にガスパフによるガス導入を採用した。これにより、不必要に燃料ガスの壁への吸蔵を低減できた。また、チタンゲッタと放電洗浄も頻繁に行うことによっても、粒子リサイクリング制御を行った。このような手法により、低密度・高電子温度の低衝突周波数のプラズマ生成も可能となった。
昨年度に発見された低衝突周波数領域での電子ルートプラズマの生成と内部輸送障壁プラズマの再現をはかり、電子温度、電子密度、プラズマ電位の径方向分布、これらの揺動の径方向分布、周波数スペクトル、揺動間の相関計測とこれらの径方向分布を得た。これらのデータから乱流駆動粒子束及び熱流束を導出した。内部輸送障壁の形成とともに中心部の電子密度上昇と、周辺部の低下という障壁形成の特徴を見出した。電位と密度揺動の位相差は30°以下で、ドリフト波の特徴を示している。測定した分布データよりイオン温度勾配ドリフト波不安定性と捕捉電子不安定性の線形成長率の計算を行い、高温プラズマと同様に両者が励起されるとの結果を得た。また、観測された径電場は、マックスプランク研究所で開発されたGSRAKEコードにより計算した新古典理論電場とよい一致を見た。このような低温プラズマでも高温プラズマと同様に電子ルートプラズマが生成されることが証明された。
揺動のポロイダル方向と径方向の相関及び波数計測も可能とするため、トーラスの内側ポートに2列x2列のトリプルプローブアレイを新たに設置し、計測を開始した。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental Simulation of High Temperature Plasma Transport Using Almost Dimensionally Similar Cold Plasmas in the Compact Helical System (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Toi, R.Ikeda, M.Takeuch, T.Ito, C.Suzuki et al.
  • 雑誌名: Journal of plasma and fusion research SERIES Vol.6(to be published)