核融合燃焼プラズマの輸送理論の基礎研究

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15360495
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 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: 佐貫 平二 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (80109355) ; 洲鎌 英雄 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (80202125) ; 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) ; 藤堂 泰 核融合科学研究所, 理論シミュレーション研究センター, 助教授 (00249971) ; 福山 淳 京都大学, 大学院工学研究科, 教授 (60116499)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2006
• キーワード: 核融合燃焼プラズマ / 輸送理論 / 長い空間相関を持つ揺動 / 核融合反応の乱流輸送効果 / メゾスケール揺動 / 高エネルギー粒子 / 帯状流 / 輸送分岐理論

研究概要

この研究の目的は、核融合自己点火状態にある磁場閉じ込めプラズマの輸送現象の理論的な基礎を形成することである。特に、核融合燃焼状態のプラズマが、現在のプラズマと比較し、質的な相違を示しうるものと考え、その点に着目して核融合燃焼プラズマの輸送理論の基礎を構成することを目指す。
当初の計画に述べた、多次元の複雑なプラズマ構造中で高エネルギー粒子のダイナミクスを精密に解する手法や自己維持乱流を解析するための理論手法に基づいて、核融合燃焼プラズマの輸送理論の基を開拓することができた。例えば、与えられた乱流場のなかで、高エネルギーのアルファ粒子(核融合反応生成物)がどのような輸送を受けるか解析を行った。乱流場のKubo numberが1より大きい場合は、従来の予想と異なり、高エネルギーのアルファ粒子の拡散係数が主プラズマより増大する事が発見された。また、長い空間相関を持つ揺動の効果を研究した。とくに微視的乱流と巨視的構造をつなぐ間のスケールであるメゾスケール揺動として、帯状流の重要性に焦点を当て、研究を推進した。裸の乱流のみを取り入れた輸送理論の問題点を克服し、従来の謎をいくつも解決することができた。
以上のように、核融合反応生成物の輸送、核融合反応による乱流輸送への影響、長い空間相関を持つ揺動の効果、新しい輸送分岐理論、という観点について、当初の計画目標を満たす成果が得られた。特に、多スケール乱流とその輸送に関する研究については、新たな理論の方法論が必要であったが、それについて体系的な成果を上げることができた。全体として、当初の計画目標を大幅に上回る成果である。

研究成果

• [雑誌論文] Physics of Internal Transport Barrier of Toroidal Helical Plasmas (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.Toda, A.Fujisawa, S.-I.Itoh, M.Yagi, A.Fukuyama, P.H.Diamond
  • 雑誌名: Phys. Plasmas 14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Physics of Internal Transport Barrier of Toroidal Helical Plasmas (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.Toda, A.Fujisawa, S.-l.Itoh, M.Yagi, A.Fukuyama, P.H.Diamond
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 14(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Geodesic Acoustic Eigenmodes (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-I.Itoh, P.H.Diamond, A.Fujisawa, M.Yagi, T.Watari, Y.Nagashima, A.Fukuyama
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Research 1 ページ: 037/1-037/2
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Physics of Zonal Flow (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-I.Itoh, P.H.Diamond, T.S.Hahm, A.Fujisawa, G.R.Tynan, M.Yagi, Y.Nagashima
  • 雑誌名: Phys. Plasmas 13 ページ: 055502/1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Accessibility to a two-dimensionally steep structure of the electric field in to kamak H-mode (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Kasuya, K.Itoh
  • 雑誌名: Plasma Phys. Contr. Fusion 48 (2006) A319-A326 48 ページ: A319
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Selection of a radial wavelength of zonal fows (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Toda, K.Itoh, K.Hallatschek, M.Yagi, S.-I.Itoh
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 75 ページ: 104501
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simulation of Resistive Drift Wave Turbulence in a Linear Device (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Kasuya, M.Yagi, K.Itoh
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 72 ページ: 957-961
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] On the basis of statistical theory of strong turbulence in inhomogeneous plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: Sanae-I.Itoh, Kimitaka Itoh, Hazime Mori
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 75 ページ: 034501(1-9)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Possible Global Magneto-Fluid Structure of the Stellar Convection Zone (2006)
  • 著者名/発表者名: S.-I.Itoh, K.Itoh, P.H.Diamond, A.Yoshizawa
  • 雑誌名: Pub. Astro. Soc. Jpn. 58 ページ: 605-616
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Bispectral analysis applied to coherent floating potential fluctuations with geodesic acoustic wave frequency obtained in the edge plasmas on JFT-2M (2006)
  • 著者名/発表者名: Nagashima, K.Itoh, S.-I.Itoh, A.Fujisawa, K.Hoshino, Y.Takase, M.Yagi, A.Ejiri, K.Ida, K.Shinohara, K.Uehara, Y.Kusama, JFT-2M group
  • 雑誌名: Plasma Phys. Contr. Fusion 48 ページ: S1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Geodesic-Acoustic-Mode in JFT-2M tokamak plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ido, Y.Miura, K.Kamiya, Y.Hamada, K.Hoshino, A.Fujisawa, K.Itoh, S.-I.Itoh, A.Nishizawa, H.Ogawa, Y.Kusama, JFT-2M group
  • 雑誌名: Plasma Phys. Contr. Fusion 48 ページ: 541
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Spectrograph of Electric Field Fluctuation in Toroidal Helical Plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Fujisawa, K.Itoh, A.Shimizu, H.Nakano, S.Ohsima, H.Iguchi, K.Matsuoka, S.Okamura, S.-I.Itoh, P.H.Diamond
  • 雑誌名: Plasma Phys. Contr. Fusion 48 ページ: S31
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Turbulence and transport characteristics on a barrier in a toroidal plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Fujisawa, A.Shimizu, H.Nakano, S.Ohsima, K.Itoh, et al.
  • 雑誌名: Plasma Phys. Contr. Fusion 48 ページ: S205
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Convergence study of bispectral analysis in experiments of high temperature plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagashima, K.Itoh, S.-I.Itoh, et al.
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 77 ページ: 045110
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Properties of turbulence and stationary zonal flow on transport barrier in CHS plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Fujisawa, A.Shimizu, H.Nakano, S.Ohsima, K.Itoh, et al.
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 48 ページ: A365-A370
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of coherent bicoherence and biphase in potential fluctuations around geodesic acoustic mode frequency on JFT-2M (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagashima, K.Itoh, et al.
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 48 ページ: A377
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Experimental study of nonlinear processes in edge turbulence of toroidal plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagashima, K.Hoshino, K.Shinohara, K.Uehara, Y.Kusama, K.Nagaoka, A.Fujisawa, K.Ida, Y.Yoshimura, S.Okamura, K.Matsuoka, A.Ejiri, Y.Takase, K.Itoh, M.Yagi, S.-I.Itoh, JFT-2M group, CHS group
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Research 1 ページ: 041
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Geodesic Acoustic Eigenmodes (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-l.Itoh, P.H.Diamond, A.Fujisawa, M.Yagi, T.Watari, Y.Nagashima, A.Fukuyama
  • 雑誌名: J.Plasma Fusion Res. Vol.1 ページ: 037
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Physics of Zonal Flow (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-l.Itoh, P.H.Diamond, T.S.Hahm, A.Fujisawa, G.R.Tynan, M.Yagi, Y.Nagashima
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 13 No.5 ページ: 055502
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Selection of a radial wavelength of zonal flows (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Toda, K.Itoh, K.Hallatschek, M.Yagi, S.-I.Itoh
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 75 ページ: 104501
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Accessibility to a two-dimensionally steep structure of the electric field in tokamak H-mode (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Kasuya, K.Itoh
  • 雑誌名: Plasma Phys.Contr.Fusion 48 ページ: A319-A326
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Simulation of Resistive Drift Wave Turbulence in a Linear Device (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Kasuya, M.Yagi, K.Itoh
  • 雑誌名: J.Plasma Phys. 72 ページ: 957
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Impact of Turbulence Spreading on Subcritical Turbulence in Inhomogeneous Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-I.Itoh, T.S.Hahm, P.H.Diamond
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74,No.7 ページ: 2001
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Self-annihilation of magnetic islands in helical plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-I.Itoh, M.Yagi
  • 雑誌名: Phys. Plasmas Vol.12 No.7 ページ: 072512(1-6)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Coherent Structure of Zonal Flow and Onset of Turbulent Transport (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, K.Hallatschek, S.-I.Itch, P.H.Diamond, S.Toda
  • 雑誌名: Phys. Plasmas Vol.12,No.6 ページ: 062303
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] On the bicoherence analysis of plasma turbulence (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, Y.Nagashima, S-I Itoh, P.H.Diamond, A.Fujisawa, M.Yagi, A.Fukuyama
  • 雑誌名: Phys. Plasmas Vol.12,No.10 ページ: 102301
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional structure of plasma flow and particle pinch in tokamak H-mode (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Kasuya, K.Itoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett Vol.95 ページ: 195002/1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Zonal Flows in Plasma-A Review (2005)
  • 著者名/発表者名: P.H.Diamond, S.-I.Itoh, K.Itoh, T.S.Hahm
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 47巻5号 ページ: R35
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Turbulent transport of the ions with large Larmor radii (2005)
  • 著者名/発表者名: M Vlad, F Spineanu, Sanae-I Itoh, M Yagi, K Itoh
  • 雑誌名: Plasma Phys. Contr. Fusion Vo1.47,No.7 ページ: 1015
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multi-dimensional structure of the electric field in tokamak H-mode (2005)
  • 著者名/発表者名: Naohiro Kasuya, Kimitaka Itoh
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Research Vol.81No.7 ページ: 553
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Convective particle transport arising from poloidal inhomogeneity in tokamak Hmode (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Kasuya, K.Itoh
  • 雑誌名: Phys. Plasmas Vol.12,No.9 ページ: 090905
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] ゾーナル・フロー理論の進展 (2005)
  • 著者名/発表者名: 伊藤公孝, 伊藤早苗
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 Vol.81,No.12 ページ: 972
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Excitation of Geodesic Acoustic Mode in Toroidal Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, K.Hallatschek, S.-I.Itoh
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 47 ページ: 451
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Periodic change of solar differential rotation (2005)
  • 著者名/発表者名: S.-I.Itoh, K.Itoh, A.Yoshizawa, N.Yokoi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 618 ページ: 1044
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Life time of plasma states near transition boundary (2005)
  • 著者名/発表者名: S.-I.Itoh, K.Itoh, M.Yagi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 74 ページ: 947
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Progress of the theory of zonal flow (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-l.Itoh
  • 雑誌名: J.Plasma and Fusion Research Vol.81 No.12 ページ: 972-977
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two decades of plasma physics (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-l.Itoh
  • 雑誌名: Parity Vol.20 ページ: 36-38
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] On the bicoherence analysis of plasma turbulence (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, Y.Nagashima, S-l Itoh, P.H.Diamond, A.Fujisawa, M.Yagi, A.Fukuyama
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 12 ページ: 102301
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Self-sustained annihilation of magnetic islands in helical plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: Kimitaka Itoh, Sanae-I.Itoh, Masatoshi Yagi
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 12 ページ: 072512 1-072512 6
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Impact of Turbulence Spreading on Subcritical Turbulence in Inhomogeneous Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, S.-l.Itoh, T.S.Hahm, P.H.Diamond
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74 ページ: 2001-2006
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Coherent structure of zonal flow and onset of turbulent transport (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, K.Hallatschek, S.-l.Itoh, P.H.Diamond, S.Toda
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 12 ページ: 062303
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Excitation of Geodesic Acoustic Mode in Toroidal Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, K.Hallatschek, S.-l.Itoh
  • 雑誌名: Plasma Phys.Control.Fusion Vol.47 ページ: 451-458
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Convective particle transport arising from poloidal inhomogeneity in tokamak H mode (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Kasuya, K.Itoh
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 12 ページ: 090905
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Test of the Theoretical Model for the Improved Confinement in Helical Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro TODA, Kimitaka ITOH
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. Vol.74 ページ: 2987-2989
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two-Dimensional Structure and Particle Pinch in Tokamak H Mode (2005)
  • 著者名/発表者名: Naohiro Kasuya, Kimitaka Itoh
  • 雑誌名: Phys.Rev, Lett. 94 ページ: 195002
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Coherent Structure of Zonal Flow and Nonlinear Saturation (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, K.Hallatschek, S.Toda, H.Sanuki, S.-I.Itoh
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 73 ページ: 2921
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of Zonal Flows in a Toroidal Plasma (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Fujisawa, K.Itoh, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 93 ページ: 165002
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Pole Dynamics for the Flierl-Petviashvili Equation and Zonal Flow (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Spineanu, M.Vlad, K.Itoh, H.Sanuki, S.-I.Itoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 93・2 ページ: 025001
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical study of the hysteresis characteristic of electric fields in helical plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Toda, K.Itoh
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 46・7 ページ: 1039
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Coherent Structure of Zonal Flow and Nonlinear Saturation (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, K.Hallatschek, S.Toda, H.Sanuki, S.-l.Itoh
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. Vol.73 ページ: 2921-2923
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Collisional effects on coherent structures of zonal flows and turbulent transport (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh, K.Hallatschek, S.Toda, S-l Itoh, P.H.Diamond, M.Yagi, H.Sanuki
  • 雑誌名: Plasma Phys.Control.Fusion Vol.46 ページ: A335-A340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Summary : theory of magnetic confinement (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Itoh
  • 雑誌名: Nucl.Fusion 43 ページ: 1710-1719
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より