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2017 年度 実施状況報告書

トーラスプラズマにおけるHモード電場励起のメカニズム研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K14898
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

小林 達哉  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30733703)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードプラズマ乱流 / LH遷移 / 帯状流 / 測地線音波
研究実績の概要

本研究の目的は,トーラスプラズマにおいてL-H遷移の際に発生する電場の生成機構を実験的に明らかにすること,及び,電場と乱流の相互作用を解析し,乱流輸送抑制のメカニズムを明らかにすることである.本年度は,新規実験データ解析を行う前に,過去のデータを解析することから研究を開始した.JFT-2M装置において,L-H遷移の際の電場と乱流の時間発展を重イオンビームプローブで計測したデータを解析した.Lモードプラズマの周辺部分では帯状流の高周波数振動チャンネル(測地線音波)が観測されることが報告されている.測地線音波は線形安定なモードであり,励起機構として流体的な非線形作用が支配的な役割をはたすことが理論的に予言されているが,未だ定量的な検証はなされていなかった.本研究では,乱流のレイノルズ応力が測地線音波を励起する効果及び乱流粒子輸送が密度揺動チャンネルを通して測地線音波を励起する効果を定量的に見積もり,比較した.その結果,JFT-2MのLモードプラズマにおいては,乱流レイノルズ応力が寄与する割合が高いことが定量的に明らかにされた.また,測地線音波のエネルギーの時間発展の立ち上がり時間をフィットして求めた成長率と,レイノルズ応力による成長率を比較した結果,同オーダーになることもわかった.このことは,乱流がレイノルズ応力を介して自発的に測地線音波を励起していることを示している.
また,過去のデータ解析と並行してスペインのプラズマ閉じ込め装置TJ-IIにおいてのデータ解析も開始している.

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

JFT-2Mにおける過去のデータ解析により,当初想定した以上の精度で測地線音波の理論検証を行うことができた.また,スペインのTJ-II装置との共同データ解析研究も予定通り開始され,低周波数帯状流の空間構造の周波数・実験条件依存性に関する興味深い知見が得られている.

今後の研究の推進方策

現在解析を進めているTJ-IIの,低周波数帯状流の空間構造の周波数・実験条件依存性に関する論文を執筆する.また,追加実験を実施し,具体的にどの物理量に依存して低周波数帯状流の構造が変化するかを解明する.低周波数帯状流の空間構造に関しては,これまで理論的予言は存在したが,これを検証する実験データが非常に限られていた.本研究を発展させ,空間構造に関する定量的な評価を様々な実験条件において行えば,理論モデル検証を行う上で有益なデータベースを構築することができる.

次年度使用額が生じた理由

物品購入の端数が残額となった.学会参加旅費や学会参加費等に使用する予定である.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1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
  • [国際共同研究] POSTEC/National Fusion Research Institute/UNIST(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      POSTEC/National Fusion Research Institute/UNIST
  • [国際共同研究] CIEMAT(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      CIEMAT
  • [国際共同研究] Max-Planck-Institute(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max-Planck-Institute
  • [雑誌論文] Quantification of Turbulent Driving Forces for the Geodesic Acoustic Mode in the JFT-2M Tokamak2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T.、Itoh K.、Ido T.、Kamiya K.、Itoh S.-I.、Miura Y.、Nagashima Y.、Fujisawa A.、Inagaki S.、Ida K.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 ページ: 045002

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.120.045002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Response of a core coherent density oscillation on electron cyclotron resonance heating in Heliotron J plasma2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T.、Kobayashi S.、Lu X. X.、Kenmochi N.、Ida K.、Ohshima S.、Yamamoto S.、Kado S.、Kokubu D.、Nagasaki K.、Okada H.、Minami T.、Otani Y.、Mizuuchi T.
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 25 ページ: 012513~012513

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5007903

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Turbulent transport reduction induced by transition on radial electric field shear and curvature through amplitude and cross-phase in torus plasma2017

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T.、Itoh K.、Ido T.、Kamiya K.、Itoh S.-I.、Miura Y.、Nagashima Y.、Fujisawa A.、Inagaki S.、Ida K.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 14971

    • DOI

      10.1038/s41598-017-14821-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Method for Estimating Harmonic Frequency Dependence of Diffusion Coefficient and Convective Velocity in Heat Pulse Propagation Experiment Tatsuya2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kobayashi, Kimitaka Itoh, Katsumi Ida, Shigeru Inagaki, Sanae-I. Itoh
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society Japan

      巻: 86 ページ: 074501

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSJ.86.074501

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of higher harmonics on bidirectional heat pulse propagation experiment in helical and tokamak plasmas2017

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T.、Ida K.、Inagaki S.、Tsuchiya H.、Tamura N.、Choe G.H.、Yun G.S.、Park H.K.、Ko W.H.、Evans T.E.、Austin M.E.、Shafer M.W.、Ono M.、L?pez-bruna D.、Ochando M.A.、Estrada T.、Hidalgo C.、Moon C.、Igami H.、Yoshimura Y.、Tsujimura T.Ii.、Itoh S.-I.、Itoh K.
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 57 ページ: 076013~076013

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa6f1f

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Turbulent particle flux suppression by radial electric field non-uniformity at edge transport barrier in JFT-2M tokamak2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, K. Itoh, T. Ido, K. Kamiya, S.-I. Itoh, Y. Miura, Y. Nagashima, A. Fujisawa, S. Inagaki, K. Ida, and K. Hoshino
    • 学会等名
      The 7th Asia-Pacific Transport Working Group (APTWG)
    • 国際学会
  • [学会発表] Physical mechanism of confinement improvement mode transition in magnetically confinement plasmas2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi
    • 学会等名
      The 8th International Symposium to Advanced Energy Science -Frontiers of Zero Emission Energy-
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interaction of geodesic acoustic modes and turbulence in JFT-2M tokamak2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, M. Sasaki, K. Itoh, T. Ido, K. Kamiya, S.-I. Itoh, Y. Miura, Y. Nagashima, A. Fujisawa, S. Inagaki, and K. Ida
    • 学会等名
      16th International Workshop on H-mode Physics and Transport Barriers
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron heat pulse propagation experiments in hydrogen and deuterium plasmas on Large Helical Device2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, K. Ida, S. Inagaki, T. Tokuzawa, H. Tsuchiya, N. Tamura, H. Igami, Y. Yoshimura, S.-I. Itoh, and K. Itoh
    • 学会等名
      26th International Toki Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] LHD水素・重水素プラズマにおける熱パルス輸送特性の密度依存性2017

    • 著者名/発表者名
      小林達哉, 居田克巳,稲垣滋,徳澤季彦, 土屋隼人, 田村直樹, 伊神弘恵, 吉村泰夫, 伊藤早苗,伊藤公孝
    • 学会等名
      Plasma conference 2017

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-02-21  

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