| 研究課題/領域番号 |
16K13923
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
伊藤 公孝 中部大学, 総合工学研究所, 特任教授 (50176327)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 突発現象 / 亜臨界不安定性 / 多スケール乱流相互作用 / トリガー問題 |
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| 研究実績の概要 |
本計画の目的は、太陽フレアの発生や閉じ込めプラズマのディスラプション等、宇宙や実験室で観測される「磁化プラズマの突発現象」の物理モデルを構築する事である。亜臨界不安定性に着目し、マルチスケール乱流物理学によって非線形不安定性の種を研究し、線形理論では安定な系が突然不安定化される仮説に基づき、「突発現象」の機構を実験的に探査する為の物理的描像を提示する事を目標とする。
この方針のもと研究を進め、多くの成果を上げた。非線形励起の例としてパラメトリック励起過程に着目し、GAM（測地線音波）の突発的発生を解析した。その結果、実際に観測された状況で発生する事を定量的に説明した。非線形シミュレーションも行い、実験との比較を行い定量的な一致を示す結果を得た。さらに、解析対象を広げた。LHD装置における高速イオン励起バーストが知られている。この現象に対し、（線形不安定モードではなく）非線形励起機構によって起きるという物理的描像から解析を進めた。その結果、tongue状励起である事を発見した。さらに、中国HL-2AトカマクにおけるELM(Edge Localized Modes)励起のデータを解析し、それをトリガーする非線形励起機構を発見した。これらは、トリガー現象の本質を明確に描き出した成果と言える。発見をまとめると、非モード型の大規模変動（線形モードでは説明できない）が短時間で発生し、それが大振幅になると、モード型の大規模変動（線形モードの非線形発展系と解釈される）に転換し、その後の緩和現象を支配することが発見された。突発現象のトリガーを理解するために、線形モードではなく、非線形的に（例えば亜臨界励起のような性質を持つ）不安定機構が働いているとする仮説が代表者らにより理論的に唱えられてきた。今回の研究成果は、その仮説を実証したもので、本分野の研究を大きく進展させると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
LHD装置における高速イオン励起バーストやHL-2AトカマクにおけるELM励起のデータを解析した。これらの現象に対し、線形モードが線形不安定によって成長するのではなく、非線形励起機構によって起きるという実験的検証を得た。いずれも、従来知られていなかったプラズマの突発的な変動を捉えることに成功したものであり、世界初の成果である。「線形不安定性ではなく非線形励起を探索すべきである」との本計画の指導原理で導かれた成果であり、予想以上に進展したと判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
従来の研究により、トリガー現象を精緻に観測し研究協力者と共にトリガー現象が非線形励起現象である実験的証拠を得た。トカマクのELMs (Edge Localized Modes)と呼ばれる突発現象のトリガー問題にも研究の端緒を開いた。平成３０年度には、研究期間を延長し、３つの視点から、更に新たな成果を生み出すべく努める。(1)計画当初予想されていなかった「揺動全体同時計測トーラス実験装置」の建設が始まった。本研究で発見した非モード型摂動の観測は、従来の装置では容易ではなかった。同装置が実現すれば非モード型摂動の観測能力が高まると期待され、本研究の成果を同装置の建設に生かす研究を行う。非モード型摂動の観測能力向上のためには観測点の精度を高めることが必須であることを理論的に示したので、実際の設計製作へ生かす。(2)トカマクのELMsにおけるストリーマーの重要性を示唆する結果が得られたので、専門家である山田琢磨博士を分担者に加えストリーマー研究を進める。(3)また、広い自然現象での突発現象に対し本研究の解析法を生かせるとの着想も得て、分担者杉田博士を加え、研究成果の社会還元強化を試みる。
これらの成果を国内外の学会等や論文として発表する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
この研究計画では当初提案についてきわめて順調に成果が上がった。計画当初予想されていなかった「揺動全体同時計測トーラス実験装置」の建設が始まった。そこで、本研究で発見した非モード型摂動を観測する能力を同装置に生かすなど、成果を一層高めることとした。また、広い自然現象での突発現象に対し本研究の解析法を生かせるとの着想も得た。それによって、研究成果の社会還元が強化できると期待できる。以上の理由から、研究期間を延長し研究費の次年度使用が必要となった。
非モード型摂動観測の一つとして、Type-III ELMと呼ばれる突発現象においてストリーマー揺動が突発現象を誘起していることを発見した。この課題に取り組むことで物理モデルが一層精密になる。分担者に山田博士を加え、このテーマを研究する。同博士は、乱流のストリーマー研究の世界的権威であり、最も的確と言える。
並行して、杉田博士を分担者に加え、一例として豪雨の発生などを対象に、大量の時空データの中から、突発的降雨の発生や時間空間発展を分析するテーマを研究する。同博士は、プラズマや降雨現象の双方に通暁しており、広い対象への応用にうってつけの専門家である。杉田博士が分担者として本研究の方法を広い自然現象に適用する試行研究を行う事で、本成果の社会的意義を深める大きな寄与を持つと期待される。
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