| 研究課題/領域番号 |
15H02335
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
稲垣 滋 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (60300729)
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| 研究分担者 |
荒川 弘之 帝京大学, 福岡医療技術学部, 助教 (00615106)
徳沢 季彦 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90311208)
山田 琢磨 九州大学, 基幹教育院, 准教授 (90437773)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | プラズマ乱流 / リモートセンシング / 構造形成 / avalanche |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、磁化プラズマ中に細かな凸凹構造が形成され時間的に変動する事を実験的に実証することで、乱流輸送モデルを検証する事を目指す。実験は九州大学の直線プラズマ実験装置(PANTA)を用いて行い、1) 空間分解能1mm, 時間分解能 1マイクロ秒の微細構造観測法を開発し、2) 微細構造形成に付随する乱流のダイナミクスも同時に観測することを目的とする。
本研究目的を達成するため、本研究ではマイクロ波周波数コムを用いた反射計を開発する。本研究における重要な要素は(1)マイクロ波周波数コム反射計による微細構造の観測法の開発、(2)微細構造と巨視的構造とのスケール分離、(3)微細構造と乱流のダイナミクスの同時観測、である。平成27年度の実績として以下のような成果があげられる。(a)既存のマイクロ波周波数コム反射計に加え、高速周波数掃引型反射計を導入した。この掃引型反射計は、0.5GHz間隔で12-26GHz領域に形成されるマイクロ波コムのオフセット周波数を0.5マイクロ秒で0.5GHz高速スキャンし、プラズマ密度分布の連続計測を目指すものである。また、従来型のマイクロ波コム反射計による乱流構造計測が進展し、時間分解能1マイクロ秒で径方向位置26点の密度揺動を同時計測する事に成功した。(b)PANTAのプラズマ径は6cmであり、イオンラーマ半径は1cm程度なのでプラズマ径の増加、運転磁場の増加を行う事でスケール分離を試みた。磁場を強くしイオンラーマ半径を小さくする事でコヒーレントな密度揺動構造が広帯域の乱流揺動に変化し、揺動の相関長が短くなっている事が明らかになった。(c)空間26点の揺動計測に加え、シミュレーションとの比較を活用した密度分布再構築法の開発に着手した。今後掃引型反射計を本格的に運用する事で微細構造と乱流のダイナミクスの同時観測が期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、マイクロ波周波数コム反射計を開発し、プラズマ中に形成される微細構造を観測する事が鍵である。平成27年度では周波数掃引型コム反射計を制作し、PANTA実験に導入する事ができた。本反射計の本格的稼働の為には80Gs/sという超高速ストレージオシロスコープで取得する巨大なマイクロ波信号データの解析手法を確立しなければならない。このような巨大データの解析手法を既設の周波数固定型コム反射計にて確立した。本手法を周波数掃引型コム反射計へ適用する事は比較的容易であるため、今後実験データを蓄積し、プラズマ中の凸凹構造の探求が格段に進展すると期待される。
以上より、研究は順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究における要素(1)マイクロ波周波数コム反射計による微細構造の観測法の開発、に関しては平成27年度に導入した周波数掃引型マイクロ波コム反射計のデータ解析手法を確立し本格稼働を行い微細構造を探求する。(2)微細構造と巨視的構造とのスケール分離に関してはガス種をアルゴンからヘリウムに変え、イオンモードの空間スケールをアルゴンの場合の1/3程度に短くすることを試みる。(3)微細構造と乱流のダイナミクスの同時観測に関しては周波数固定及び周波数掃引型の同時計測に加え、ハースト数の評価等のデータ解析を進め、乱流の雪崩的伝搬を同定する。
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