超解像時空間分解ドップラートモグラフィを用いた磁気再結合の微細構造形成過程の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H04863
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田辺 博士 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30726013)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: プラズマ・核融合 / 磁気リコネクション / プラズマ診断 / コンピュータトモグラフィ / イオン加熱

研究実績の概要

本研究課題では、2017年度に引き続き太陽フレア等の爆発現象で知られる、磁気リコネクションに伴うエネルギー変換過程について、特にリコネクション平面に対して垂直成分の磁場が存在する際にX点近傍で観測される、微細構造形成過程に焦点を当てた研究に取り組んだ。2017年度に行われた機材調達及び超解像分光システムの開発、東京大学TS-3U装置の大型アップグレード工事を終え、2018年度春に同装置でファーストプラズマが生成。開発した96CH/320CH超解像イオンドップラートモグラフィを用いて磁気再結合現象の微細構造形成過程の解明実験を開始した。
同超解像分光システムは、東京大学TS-3U装置におけるトーラスプラズマ合体実験に投入され、以下を明らかにした。(1)磁気リコネクションにおいて、リコネクション速度が最大となる時間帯近傍において、X点近傍にトロイダル上にリング状の局在した発光リングが生成されるとともに、X点近傍でのイオン温度上昇が観測された。(2)プラズマ合体により電流シート構造が分裂して合体下流に放出されるシート放出現象と同期して、アウトフロー熱化領域である合体下流においてイオン温度がダブルピーク構造を形成する形で上昇し、(3)同ホットスポットは合体下流の再結合した磁力線が形成する磁気面にとらえられ、ポロイダル磁気面上にもリング型の構造を形成することが分かった。
(2)の過程で形成されるイオン温度のダブルピーク構造が作るイオン温度勾配は、磁気面を大きく垂直に横切る成分を有するが、0.1Tを超える高ガイド磁場リコネクションの実験環境では、磁力線平行方向と垂直方向への熱伝導係数の比率(κ^i_//／κ^i_⊥>>1)の特性により磁力線に沿って熱輸送され、最終的に当初計画であるX点近傍だけでなく、合体プラズマ全域を覆うリング状のグローバルな構造を形成することが初めて明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] カラム研究所/トカマクエナジー(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: カラム研究所/トカマクエナジー
• [国際共同研究] プリンストンプラズマ物理研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: プリンストンプラズマ物理研究所
• [雑誌論文] Recent Progress in High Resolution 2D Imaging Measurements of Reconnection Heating during Merging Plasma Startup in TS-3 (2019)
  • 著者名/発表者名: TANABE Hiroshi、CAO Qinghong、TANAKA Haruaki、AHMADI Tara、AKIMITSU Moe、SAWADA Asuka、INOMOTO Michiaki、ONO Yasushi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 ページ: 3401110～3401110
  • DOI: 10.1585/pfr.14.3401110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of fine structure formation of guide field reconnection during merging plasma startup of spherical tokamak in TS-3U (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanabe H.、Cao Q.、Tanaka H.、Ahmadi T.、Akimitsu M.、Sawada A.、Inomoto M.、Ono Y.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 ページ: 086041～086041
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab1cdf
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First Global Doppler Tomography Measurement of Ion Heating of Merging Tokamak Plasmas (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Haruaki、Ono Yasushi、Tanabe Hiroshi、Cao Qinghong
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 巻: 139 ページ: 358～359
  • DOI: https://doi.org/10.1541/ieejfms.139.358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconnection heating experiments and simulations for torus plasma merging start-up (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono Y.、Inoue S.、Tanabe H.、Cheng C.Z.、Hara H.、Horiuchi R.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 ページ: 076025～076025
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab14a4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of reconnection downstream conditions on electron parallel acceleration during the merging start-up of a spherical tokamak (2019)
  • 著者名/発表者名: Inomoto M.、Ushiki T.、Guo X.、Sugawara T.、Kondo K.、Mihara T.、Minami Y.、Inai Y.、Kaneko H.、Yanai R.、Takahata Y.、Tanabe H.、Ono Y.、Sanpei A.、Kamio S.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 ページ: 086040～086040
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab1e0f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dependence of the pickup-like ion effective heating on the poloidal and toroidal magnetic fields during magnetic reconnection (2019)
  • 著者名/発表者名: Usami Shunsuke、Horiuchi Ritoku、Ohtani Hiroaki、Ono Yasushi、Inomoto Michiaki、Tanabe Hiroshi
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 ページ: 102103～102103
  • DOI: 10.1063/1.5099423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective Proton Heating through Collisionless Driven Reconnection in the Presence of Guide Field (2018)
  • 著者名/発表者名: USAMI Shunsuke、HORIUCHI Ritoku、OHTANI Hiroaki、ONO Yasushi、TANABE Hiroshi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 ページ: 3401025～3401025
  • DOI: https://doi.org/10.1585/pfr.13.3401025
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Resolution 2D Magnetic Field Measurement of Magnetic Reconnection Using Printed-Circuit Board Coils (2018)
  • 著者名/発表者名: AKIMITSU Moe、ONO Yasushi、CAO Qinghong、TANABE Hiroshi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 ページ: 1202108～1202108
  • DOI: https://doi.org/10.1585/pfr.13.1202108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of High-resolution Two-dimensional Magnetic Field Measurement System by Use of Printed-circuit Technology (2018)
  • 著者名/発表者名: Akimitsu Moe、Ono Yasushi、Cao Qinghong、Masuki Ryota、Tanabe Hiroshi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 巻: 138 ページ: 480～481
  • DOI: https://doi.org/10.1541/ieejfms.138.480
  • 査読あり
• [学会発表] Full-2D imaging measurement of ion heating/transport process during high field merging experiment in TS-6 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Akimitsu, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超解像イオンドップラートモグラフィを用いた高磁場合体・磁気リコネクションのイオン加熱・輸送過程の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士，曹慶紅，田中遥暁，Tara Ahmadi，秋光萌，Thomas O'Gorman，Mikhail Gryaznevich，井通暁，小野靖
  • 学会等名: 第36回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Micro/macro-scale ion heating and transport process of magnetic reconnection during merging plasma startup of TS-6 spherical tokamak (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Akimitsu, M. Gryaznevich,T. O'Gorman, J. Wood, R. Scannell, K. G. McClements, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 61th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process of magnetic reconnection during CS-free merging plasma startup of spherical tokamak in TS-6 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, H. Tanaka, M. Akimitsu, T. Ahmadi, R. Someya, M. Inomoto, Y. Ono
  • 学会等名: International Spherical Tokamak Workshop (ISTW) 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 実験室リコネクションのドップラートモグラフィ計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士，曹慶紅，田中遥暁，Tara Ahmadi，秋光萌，Chio-zong Cheng，井通暁，小野靖
  • 学会等名: 宇治リコネクションワークショップ2019
  • 招待講演
• [学会発表] Ion and electron heating characteristics of magnetic reconnection in high field flux tube merging experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, M. Gryaznevich, Q. Cao, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Akimitsu, C. Z. Cheng, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: HINODE13/IPELS2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experimental study of reconnection heating/transport process and its application to high temperature spherical tokamak formation (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Akimitsu, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 9th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space and Astrophysical Plasmas (EASW9)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 趣旨説明＋リコネクション加熱実験～本郷新実験 TS-3U(TS-6)の動向その他～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 曹慶紅, 秋光萌, 澤田明日香, 田中遥暁, Tara Ahmadi, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第26回ひので・実験室研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Fine structure formation by reconnection heating/transport process in toroidal plasma merging experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, H. Tanaka, T. Ahmadi, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: MAX PLANCK PRINCETON CENTER WORKSHOP 2019 (MPCC2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] “新実験TS-3Ｕにおける超解像二次元画像診断を用いた合体・リコネクション加熱輸送過程の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 田中遥暁, 曹慶紅, 秋光萌, 澤田明日香, Setthivoine You, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会
• [学会発表] “Investigation of ion heating/transport process during high guide field merging/ reconnection experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, S. You, M. Inomoto and Y, Ono
  • 学会等名: The 27th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research & The 13th Asia Pacific Plasma Theory Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigation of global ion heating/transport process during merging/ reconnection startup of spherical tokamak in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, H. Tanaka, S. Kamiya, S. You, M. Inomoto, C. Z. Cheng and Y. Ono
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process during high guide field reconnection using full-2D ultra high resolution ion Doppler tomography (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, H. Tanaka, S. Kamiya, S. You, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of fine structure formation of guide field reconnection during merging plasma startup of spherical tokamak in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Hatano, T. Hayashi, Q. Cao, A. Sawada, M. Akimitsu, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 27th IAEA Fusion Energy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process during high guide field reconnection using ultra-high resolution ion Doppler tomography in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Q. Cao, M. Akimitsu, A. Sawada, S. You, M. Inomoto and Y, Ono
  • 学会等名: The US-Japan workshops and schools on magnetic reconnection (MR2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ドップラープラズマ計測の新展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士
  • 学会等名: APET特別講演会「ITER時代の核融合プラズマ研究の新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] Investigation of ion heating/transport process during high guide field merging/reconnection experiment in TS-3U (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, Q. Cao, S. Himeno, M. Akimitsu, A. Sawada, A. Borade, S. You, M. Inomoto, Y. Ono
  • 学会等名: The 19th International Congress on Plasma Physics (ICPP2018)
  • 国際学会
• [学会発表] TS-3U 装置における超解像イオンドップラートモグラフィ計測を用いた合体リコネクション加熱輸送過程の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 曹慶紅, 姫野俊一, 秋光萌, 澤田明日香, Anup Borade, Setthivoine You, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [備考] 小野・井研究室
  • URL: http://tanuki.t.u-tokyo.ac.jp
• [備考] 第12回核融合エネルギー連合講演会 若手優秀発表賞受賞
  • URL: http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2018_08/jspf2018_08-439.pdf
• [備考] 第36回プラズマ・核融合学会年会 若手優秀発表賞(正会員部門)
  • URL: http://www.jspf.or.jp/jspf_annual2019/wakate2019.html