乱流プラズマの構造形成と選択則の総合的研究

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16002005
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 伊藤 早苗 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70127611)
• 研究分担者: 矢木 雅敏 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70274537) ; 篠原 俊二朗 九州大学, 大学院総合理工学研究院, 助教授 (10134446) ; 伊藤 公孝 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (50176327) ; 藤澤 彰英 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (60222262) ; 福山 淳 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60116499)
• キーワード: プラズマ乱流 / 構造形成 / 選択則 / 乱流輸送 / メゾスケール / 構造相転 / 確率的遷移 / 乱流計測

研究概要

(i)理論研究
帯状流など多重スケールのダイナミックスを繰り込んだ形で、プラズマ乱流の自律状態の理論と状態間遷移理論を進めた。トカマクプラズマのH-モード遷移と呼ばれる構造相転移において、二次元構造の界面が出来ることを理論的に示した。プラズマ乱流統計理論として"dressed test mode"法と呼ぶ伊藤の方法を展開してきたが、その理論基盤を非平衡統計力学における森の射影演算子法によって吟味する研究が進められた。
(ii)非線形シミュレーション・輸送シミュレーション
多重スケールの物理を研究するための新しいコード開発が進められた。トーラスプラズマについて、乱流揺動が時空発展をするダイナミックスが数値実験で明確に観測され、理論式と比較が可能なレベルになった。帯状流と微視的乱流の結合問題では、乱流が帯状流を生み出す力がシミュレーションで観測され乱流輸送の理論式を検定した。非線形飽和則、メゾスケール構造形成力の表式やエネルギー配分比に関する成果に関する成果を拡張し、空間伝播や巨視的不安定性などの非定常ダイナミックスを研究するシミュレーションを推進した
(iii)実験研究
実験機器やクラスター計算システムなどの開発は順調に進展した。特に、直線プラズマ装置では、rf結合器を整備し高密度プラズマ形成に成功、百数十の静電プローブ系や重イオン・ビーム・プローブからなる計測系の開発を進め、平行し1μsの時間分解能を持つ192チャンネルのデータ収集システムを構築した。これらは準二次元乱流の中で揺動と構造の非線形相互作用を世界の最高精度で実測する道を拓く。CHSトーラス・プラズマに対しメゾスケール電磁場の観測や2μsから40nsへと高速化された電磁場計測が開始された。データ分析法も開発し、今後の乱流構造物理実験と解析の高度化へ繋がる研究基盤が拡充された。

研究成果

• [雑誌論文] Causal relationship between zonal flows and turbulence in a toroidal plasma (2007)
  • 著者名/発表者名: A.Fujisawa, A.Shimizu, H.Nakano, S.Ohshima, K.Itoh, Y.Nagashima, S.-I.Itoh, H.Iguchi, Y.Yoshimura, T.Minami, K.Nagaoka, C.Takahashi, M.Kojima, S.Nishimura, M.Isobe, C.Suzuki, T Akiyama, T.Ido, K.Matsuoka, S.Okamura, P.H.Diamond
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol. 76 No.3 ページ: 033501
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Resistive Drift Wave Turbulence in a Linear Device (2007)
  • 著者名/発表者名: Naohiro Kasuya, Masatoshi Yagi, Masafumi Azumi, Kimitaka Itoh, Sanae-I. Itoh
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol. 76 No.4 ページ: 044501
• [雑誌論文] Experimental Evidence of a Zonal Magnetic Field in a Toroidal Plasma (2007)
  • 著者名/発表者名: A.Fujisawa, K.Itoh, A.Shimizu, H.Nakano, S.Ohshima, H.Iguchi, K.Matsuoka, S.Okamura, T.Minami, Y.Yoshimura, K.Nagaoka, K.Ida, K.Toi, C.Takahashi, M Kojima, S.Nishimura, M.Isobe, C.Suzuki, T.Akiyama, Y.Nagashima, S.-I.Itoh, P.H.Diamond
  • 雑誌名: Physical Review Letters Vol. 98, No.16 (in press)
• [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, S-I.Itoh, M.Yagi, K.Itoh, A.Fujisawa, K.Hoshino, K.Shinohara, K.Uehara, Y.Kusama, A.Ejiri, Y.Takase
  • 雑誌名: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Vol.77 ページ: 045110
• [雑誌論文] Review of analytical treatments of the barrier-type problems in plasma theory (2006)
  • 著者名/発表者名: F.Spineanu, M.Vlad, K.Itoh, S.-I.Itoh
  • 雑誌名: Trends in Chemical Physics (NOVA Science Publisher)
• [雑誌論文] Possible Global Magneto-Fluid Structure of the Solar Convection Zone (2006)
  • 著者名/発表者名: S.-I.Itoh, K.Itoh, P.H.Diamond, A.Yoshizawa
  • 雑誌名: Publ. Astron. Soc. Japan Vol.58 No.3 ページ: 605-616
• [雑誌論文] Physics of Zonal Flows (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: Physics of Plasmas Vol.13 No.5 ページ: 055502(1-11)
• [雑誌論文] Turbulence spreading in reversed shear plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: M Yagi, T Ueda, S-I Itoh, M Azumi, K Itoh, P H Diamond, T S Hahm
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion Vol.48, No.5A ページ: A409-A418
• [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 ltoh, S-I Itoh, K Hoshino, A Fujisawa, A Ejiri, Y Takase, M Yagi, K Shinohara, K Uehara, Y Kusama, JFT-2M group
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion Vol.48,No.5A ページ: A377-A386
• [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: Journal of the Physical society of Japan Vol.75,No.3 ページ: 034501(1-9)
• [雑誌論文] Turbulence and transport characteristics of a barrier in a toroidal plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: A Fujisawa, A Shimizu, H Nakano, S Ohsima, K Itoh, H Iguchi, Y Yoshimura, T Minami, K Nagaoka, C Takahashi, M Kojima, S Nishimura, M Isobe, C Suzuki, T Akiyama, Y Nagashima, K Ida, K Toi, T Ido, S-I Itoh, K Matsuoka, S Okamura, P H Diamond
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion Vol.48,No.4 ページ: S205-S212
• [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. Control. Fusion Vol.48,No.4 ページ: S41-S50
• [雑誌論文] Spectrograph of electric field fluctuation in toroidal helical plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: A Fujisawa, K ltoh, A Shimizu, H Nakano, S Ohsima, H Iguchi, K Matsuoka, S Okamura, S-I Itoh, P H Diamond
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion Vol.48,No.4 ページ: S31-S39
• [雑誌論文] Bispectral analysis applied to coherent floating potential fluctuations obtained in the edge plasmas on JFT 2M (2006)
  • 著者名/発表者名: Y Nagashima, K Itoh, S-I Itoh, A Fujisawa, K Hoshino, Y Takase, M Yagi, A Ejiri, K Ida, K Shinohara, K Uehara, Y Kusama, the JFT-2M group
  • 雑誌名: Plasma Phys. Contr. Fusion Vol.48,No.4 ページ: S1-S1
• [雑誌論文] A model for striation formation in ac PDP discharges (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Muraoka, M.Azumi, K.Suzuki, Y.Yamagata, M.Yagi
  • 雑誌名: J. Phys. D : Appl. Phys 39 ページ: 1-5
• [雑誌論文] Application of Differential Phase Method to Interferometry (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Yamada, A.Ejiri, S.Shiraiwa, Y.Takase
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. Vol.77 ページ: 124701-1-5
• [雑誌論文] Plasma Current Start-up Experiments without the Central Solenoid in the TST-2 Spherical Tokamak (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Takase, A.Ejiri, S.Shiraiwa, Y.Adachi, N.Ishii, H.Kasahara, H.Nuga, Y.Ono, T.Oosako, M.Sasaki, Y.Shimada, N.Sumitomo, I.Taguchi, H.Tojo, J.Tsujimura, M.Ushigome, T.Yamada, K.Hanada, M.Hasegawa, H.Idei, K.Nakamura, M.Sakamoto, K.Sasaki, K.N.Sato, H.Zushi, N.Nishino, O.Mitarai
  • 雑誌名: Nucl. Fusion Vol.46 ページ: S598-S602
• [雑誌論文] RF Start-up and Sustainment Experiments on the TST-2@K Spherical Tokamak (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Ejiri, Y.Takase, H.Kasahara, T.Yamada, K.Hanada, K.N.Sato, H.Zushi, K.Nakamura, M.Sakamoto, H.Idei, M.Hasegawa, A.Iyomasa, N.Imamura, K.Esaki, M.Kitaguchi, K.Sasaki, H.Hoshika, O.Mitarai, N.Nishino
  • 雑誌名: Nucl. Fusion Vol.46 ページ: 709-713
• [雑誌論文] Heating by an Electron Bernstein Wave in a Spherical Tokamak Plasma via Mode Conversion (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Shiraiwa, K.Hanada, M.Hasegawa, H.Idei, H.Kasahara, O.Mitarai, K.Nakamura, N.Nishino, H.Nozato, M.Sakamoto, K.Sasaki, K.Sato, Y.Takase, T.Yamada, H.Zushi, TST-2@K Group
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. Vol.96 ページ: 185003-1-4
• [雑誌論文] Observation of the Drift Wave Instability in Bounded ECR Plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Kamataki, Y.Nagashima, S.Shinohara, Y.Kawai, M.Yagi, K.Itoh, S.-I.Itoh
  • 雑誌名: Proc. of 33^<rd> European Physical Society Conferences on Plasma Physics, P2.045, 2006 045 ページ: 2
• [雑誌論文] Experimental Study of Nonlinear Processes in Edge Turbulence of Toroidal Plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko NAGASHIMA, Katsumichi HOSHINO, Kenichi NAGAOKA, Kouji SHINOHARA, Akihide FUJISAWA, Kazuya UEHARA, Yoshinori KUSAMA, Katsumi IDA, Yasuo YOSHIMURA, Shoichi OKAMURA, Keisuke MATSUOKA, Akira EJIRI, Yuichi TAKASE, Kimitaka ITOH, Masatoshi YAGI, Sanae-I. ITOH, JFT-2M groupand CHS group
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Research Vol.1 ページ: 041
• [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: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75 No. 10 ページ: 104501
• [雑誌論文] Simulation of resistive drift wave turbulence in linear device (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Kasuya, M.Yagi, K.Itoh
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics Volume 72, Issue 06 ページ: 957-960
• [雑誌論文] Relaxation of Azimuthal Flow Pattern from Ring to Bell Shape throngh Two-Dimensional Turbulence Triggered by Diocotron Instability (2006)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Kawai, Yasuhito Kiwamoto, Kiyokazu Ito, Akio Sanpei, Yukihiro Soga, Jun Aoki, Kimitaka Itoh
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol. 75 No. 10 ページ: 104502