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

2006 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, 論理シミュレーション研究センター, 教授 (30172315)
• キーワード: プラズマ・核融合 / 次元的相似 / 乱流輸送 / オーバーデンスプラズマ / 電子バ-シュタイン波加熱 / ホイッスラー波加熱 / 新古典輸送 / 閉じ込め改善

研究概要

本基盤研究は、高温・高密度のトロイダルプラズマと規格化ラーマー半径以外の規格化衝突周波数や字気圧に対するプラズマ圧力の比であるべ一タ値などのパラメータがほぼ同じである低温・低密度プラズマにより高温プラズマの熱や粒子の輸送特性を模擬することを最終の目的としている。この目的に向けて(1)極低磁場条件で次元的相似な低温・低密度プラズマの生成手法の確立、及び(2)生成した低温・低密度プラズマにおいてプラズマの輸送と揺動特性の解明、を目指した。
(1)については、トロイダル磁場が175Gから1050Gまでの極低磁場条件で、2.45GHzのマイクロ波を用いてプラズマ生成を行った。0モード遮断密度を超えるプラズマが再現性良く生成されることがわかった。MHD、プラトー及び1/v衝突周波数領域のプラズマを自由に生成できた。この加熱機構は、入射マイクロ波が電子バーンシュタイン波(EBW)へ効率よくモード変換されるためと推測される。マイクロ波入射電力を約10kHzで変調し、それに対する応答から電力吸収分布を直接計測した。その結果は、EBW理論の予測とよい一致が見られた。
(2)については、2つの興味ある成果が得られた。ひとつは、マイクロ波電力がある閾値を超えると電子密度分布が通常のパラボラ分布から強く尖頭化した密度分布への移行である。プラズマ中心部と周辺部の間に粒子拡散の低下した粒子輸送障壁部が形成されたと考えられる。他の一つの成果は、極めて低い加熱電力からプラズマが乱流状態となる高電力までランプアップさせたとき、乱流駆動粒子束Γ_<turb>がほとんどないかきわめて低い状態から急速に増大を始める状態へ移行する。しかしΓ_<turb>はすぐに飽和する。Γ_<turb>の増加に伴って径電場揺動も増大しており、これに関係したポロイダルシア流がΓ_<turb>の増大を抑制し飽和させることに寄与している可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Study of an edge transport barrier by Langmuir probes in the compact helical system (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takeuchi, K.Toi, K.Nagaoka, C.Suzuki, T.Minami et al.
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 48・5 ページ: A277-A283
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Formation of edge transport barrier in the ergodic field layer of helical divertor configuration on the Large Helical Device (2006)
  • 著者名/発表者名: K, Toi, S.ohdachi, F.Watanabe, K.Narihara, T.Morisaki et al.
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 48・5 ページ: A295-A302
• [雑誌論文] Radial structure of edge MHD modes in LHD plasmas with L-H transition (2006)
  • 著者名/発表者名: F.Watanabe, K.toi, S.Ohdachi, S.Takagi, S.Sakakibara et al.
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 48・5 ページ: A201-A208
• [雑誌論文] Characteristic Formation of Edge Transport Barrier in the Compact Helical System (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takeuchi, K.toi, K.Nagaoka, C.Suzuki, T.Minami et al.
  • 雑誌名: journal of Plasma and Fusion Research 1・2 ページ: 027.1-027.3
• [雑誌論文] Production of Over-Dense Plasmas by Launching 2.45GHz Electron Cyclotron Wave in the Compact Helical System (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Ikeda, M.Takeuchi, K.toi, C.Suzuki, S.Okamura
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical society 49・1 ページ: S206-S210
• [雑誌論文] Two-Dimensional Measuremento of Electron Density in LHD plasmas by Sheet-Shaped Thermal Lithium Bean (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Takahashi, T.Morisaki, K.Toi
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical Society 49・1 ページ: S175-S178