研究課題
プラズマ乱流内の非線形結合により発生するメゾスケール構造は輸送に大きな影響を与えるため、その構造の研究が重要視されている。九州大学の直線プラズマ乱流実験装置（PANTA）に設置された周方向64チャンネルプローブ（測定半径4 cm、径方向位置1.885 m）および径方向に並べられた2本のプローブ（測定半径4 cm、径方向位置1.625 m, 1.375 m）を用いて、メゾスケール構造の一種であるストリーマーの包絡線構造と、ストリーマー構造を構成する代表的な2つの搬送波、およびストリーマーの形成に重要な役割を果たす媒介波の軸方向モード数を測定することに成功した。測定結果により、ストリーマーの包絡線構造は径方向だけでなく、軸方向にも伸びた構造、つまり軸方向モード数が0であることが分かった。包絡線構造が軸方向に伸びていることは、軸方向に異なる位置の包絡線を直接重ね合わせることでも確認できた。ストリーマー構造の形成に役割を果たす媒介波も同じく軸方向モード数0であることが確認された。一方、代表的な搬送波は軸方向モード数が-1（装置のエンドからソースに向かって伝播する方向）であることが分かった。つまり軸方向に伸びたストリーマーの包絡線構造の中で、搬送波は軸方向位置によって位相を次々と変化させていることが分かり、ストリーマーの3次元的構造が明らかになった。数値計算によると、軸方向モード数が-1の搬送波が突出して存在している理由は軸方向シアフローの影響である可能性が示唆された。この現象の確認も含めて今後さらに構造解析を進める。
3: やや遅れている
ストリーマー構造の解析結果によりストリーマーの3次元的構造が明らかになった点においては順調であるが、新たに軸方向シアフローの影響を調べることが重要であることが判明したため、乱流実験装置に設置する予定の新プローブの設計を見直す必要が生じた。そのため新プローブの設計・製作は予定よりやや遅れている。
乱流実験装置に設置する新プローブは、軸方向シアフローの影響を調べることを考慮して設計を見直して製作する。完成後は、既存のプローブと新プローブを用いて、ストリーマー構造のさらなる詳細な3次元構造、バイアス電圧印加による動的応答、軸方向シアフローの影響などを調べる予定である。
乱流の構造形成に軸方向シアフローが与える影響を調査する重要性が高まり、新たにプラズマ実験装置に設置する新プローブの設計の見直しが必要になったため。
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