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2015 年度 実績報告書

磁場トポロジーと乱流輸送との結合に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15H02336
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

居田 克巳  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00184599)

研究分担者 吉沼 幹朗  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (20323058)
小林 達哉  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30733703)
徳沢 季彦  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90311208)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード乱流 / 磁気島 / ビーム放射分光
研究実績の概要

核融合装置では外部から与えたトーラス型をした入れ子状の磁場の中にプラズマを生成・加熱し、高温高圧のプラズマをどのようにして維持するかが重要な課題となっている。この入れ子状の磁場は、プラズマ中に発生した電流の影響で変化し、そのトポロジーを変化させる。よく知られたトポロジー変化として、磁気島と呼ばれる三日月型のトポロジーを持つ磁気面が成長する場合や、さらに異なるモード数の磁気島が重なり合う為に磁気面が失われてしまう場合(ストキャスティック化)がある。特に、このストキャスティック化は、プラズマが突然消滅する電流崩壊という現象の原因となっており、核融合プラズマの維持において、極めて重要な課題である。

本年度は、この磁気島やストキャスティック領域が現れる場所に集中的にビーム放射分光の観測点を配置できるように2次元イメージファイバーを設置した。観測点は、入れ子状磁気面、磁気島、ストキャスティック領域のすべてをカバーしつつ、十分な空間分解能が得られるように、径方向の空間分解能を磁気島サイズ(10cm)より十分小さい2cmとし、観測点も256点に増やしたシステムを採用した。磁気島内部の乱流構造を明らかにするだけの空間分解能をもった光学系を実現する為に、コア径800ミクロンで本数256本のイメージファイバーを設計・制作を行った。

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

磁気島内部の乱流構造を明らかにするだけの空間分解能をもった光学系を実現する為に、コア径800ミクロンで本数256本のイメージファイバーを設計・制作を行いLHDに設置できる準備が整った。これは、当初の計画通りであり、おおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

ビーム放射分光においては、プラズマに励起されたビームの発光の強度変化から密度揺動を計測するもので、ビームからの放射光を分光して、プラズマに励起された光のみを取り出す必要がある。既存のビーム放射分光においては、分光器を利用して分光を行っていたが、スリットの高さに限界があるので、チャンネル数が16と少ない。28年度は回転式大口径干渉フィルターを使った分光システムを設計・制作する。そして、多チャンネルアバランシェフォトダイオード(APD)と組み合わせて分光システムの調整・データ処理のソフト開発を行う。

29年度には計測を開始する。密度揺動計測はマイクロ波反射計とビーム放射分光で行う。ビーム放射分光は、長波長揺動しか計測できないが、2次元の観測ができる。一方、マイクロ波反射計は乱流輸送に寄与する短波長揺動を計測できるが、1次元の計測しかできない。このように、マイクロ波反射計とビーム放射分光は相補的な計測となっている。実験1年目は、計測装置の調整・チェック・解析手法の確立等予備的実験を行う。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] General Atomics/University of Texas/Oak Ridge National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      General Atomics/University of Texas/Oak Ridge National Laboratory
  • [雑誌論文] Bifurcation physics of magnetic islands and stochasticity explored by heat pulse propagation studies in toroidal plasmas2016

    • 著者名/発表者名
      K. Ida, T. Kobayashi, M. Yoshinuma, Y. Suzuki, Y. Narushima, T.E. Evans. Ohdachi, H. Tsuchiya. Inagaki, and K. Itoh
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 56 ページ: 000000

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Self-regulated oscillation of transport and topology of magnetic islands in toroidal plasmas2015

    • 著者名/発表者名
      K. Ida, T. Kobayashi, T. E. Evans, S. Inagaki, M. E. Austin, M. W. Shafer, S. Ohdachi, Y. Suzuki, S.-I. Itoh, K. Itoh
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 16165

    • DOI

      10.1038/srep16165

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] トロイダルプラズマの磁気島における輸送とトポロジーの自励振動2015

    • 著者名/発表者名
      居田克巳、小林達哉、稲垣滋、トッド・エバンス
    • 学会等名
      閉じ込め・輸送研究会
    • 発表場所
      核融合科学研究所・土岐
    • 年月日
      2015-12-07 – 2015-12-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Physics of magnetic reconnection, magnetic islands and stochasticity in fusion plasmas2015

    • 著者名/発表者名
      K.Ida, T.Tokuzawa, T.Kobayashi, S.Inagaki, K.Itoh
    • 学会等名
      597th Wilhelm and Else Heraeus Seminar on ”Stochasticity in Fusion Plasmas”
    • 発表場所
      Physikzentrum Bad Honnef, Germany
    • 年月日
      2015-09-10 – 2015-09-12
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-08-22  

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