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2019 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 / 内部輸送障壁 / 水素同位体効果 / MHD揺動 / 反転磁気シア
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,大型ヘリカル装置LHDにおいて低電子密度において典型的に観測される,内部輸送障壁の形成メカニズムとその強度にプラズマパラメータが与える影響に着目し,実験データ解析を行った.まず内部輸送障壁の強度を,非線形輸送拡散方程式の数値解とスケーリング則に基づいて定義した.次に,密度,磁気軸位置(MHD安定性および新古典安定性に関係するパラメータ),およびプラズマソースガスをそれぞれ独立に変化させた際に内部輸送障壁強度がどのように変化するか調べた.内部輸送障壁は,低密度時,内寄せ磁気軸で,特に重水素プラズマにおいて顕著にみられることがわかった.これらのコントロールパラメータによって様々なプラズマパラメータが同時に変化する.内部輸送障壁強度と高い相関を持って変化するプラズマパラメータを解明するため,主成分分析を用いてデータ解析を行った.その結果,密度プロファイルがピークする条件で典型的に強い内部輸送障壁が形成されることがわかった.
また,内部輸送障壁を崩壊させるMHD現象に関する研究を進めた.MHD揺動は5kHz程度の周波数で発生し,これが減速して行くことで内部輸送障壁が崩壊する.MHD揺動は発生時には半径方向に位相が2度反転する「複数奇関数的構造」を持つが,減速過程でこれが「偶関数的構造」に変化することが解明された.崩壊は中心部で磁気シアが弱まるか反転する条件で引き起こされることがわかった.

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

当初の主目的であった TJ-II装置での実験研究は順調に進展し,成果は査読付き学術雑誌(Nuclear Fusion)や国際学会にて広く公開されている.さらに得られた知見を他の装置に波及させ,発展的成果を得ることができている.

今後の研究の推進方策

最終年度では,得られた成果の総括を行うため,乱流と電場の相互作用がLH遷移に及ぼす影響に着目したspecial topic論文の執筆を行う.

次年度使用額が生じた理由

最終年度の研究計画を考慮した際に,2019年度内に使用するより効果的に使用できると判断したため.研究成果発表の旅費や出版費に使用する予定である.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [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] General Atomics/University of Wisconsin(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      General Atomics/University of Wisconsin
  • [雑誌論文] Electron temperature profile collapse induced by double-odd-parity MHD mode in the Large Helical Device2020

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T.、Ida K.、Suzuki Y.、Takahashi H.、Takemura Y.、Yoshinuma M.、Tsuchiya H.、Sanders M.、LHD Experiment Group
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 60 ページ: 036017~036017

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab6b40

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Definition of the profile gain factor and its application for internal transport barrier analysis in torus plasmas2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T、Takahashi H、Nagaoka K、Sasaki M、Yokoyama M、Seki R、Yoshinuma M、Ida K、LHD Experiment Group
    • 雑誌名

      Plasma Physics and Controlled Fusion

      巻: 61 ページ: 085005~085005

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1361-6587/ab221c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Isotope effects in self-organization of internal transport barrier and concomitant edge confinement degradation in steady-state LHD plasmas2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T.、Takahashi H.、Nagaoka K.、Sasaki M.、Nakata M.、Yokoyama M.、Seki R.、Yoshinuma M.、Ida K.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 1~8

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41598-019-52271-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Frequency and plasma condition dependent spatial structure of zonal flows in TJ-II stellarator2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, U. Losada, B. Liu, T. Estrada, B. Ph. van Milligen, R. Guerru, M. Sasaki, and C. Hidalgo
    • 学会等名
      19th Coordinated Working Group Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental evidences showing how sensitive are the properties of low frequency zonal flows to plasma conditions in TJ-II stellarator2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, U. Losada, B. Liu, T. Estrada, B. Ph. van Milligen, R. Guerru, M. Sasaki, and C. Hidalgo
    • 学会等名
      Workshop EFTSOMP (Electric Fields, Turbulence and Self-Organisation in Magnetised Plasmas)
    • 国際学会
  • [学会発表] Role of mean and oscillating radial electric field in LH transition2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi
    • 学会等名
      17th International Workshop on H-mode Physics and Transport Barriers
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Isotope effects in internal transport barrier formation and concomitant edge confinement degradation in steady-state LHD plasmas2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, H. Takahashi, K. Nagaoka, M. Sasaki, M. Nakata, M. Yokoyama, R. Seki, M. Yoshinuma, K. Ida, and LHD Experiment Group
    • 学会等名
      17th International Workshop on H-mode Physics and Transport Barriers
    • 国際学会
  • [学会発表] LHDにおける内部輸送障壁強度の同位体効果2019

    • 著者名/発表者名
      小林達哉, 高橋裕己, 永岡賢一, 佐々木真, 仲田資季, 横山雅之, 關良輔, 吉沼幹朗, 居田克巳
    • 学会等名
      プラズマ核融合学会2019年会
  • [学会発表] トーラスプラズマにおける過渡的電子熱輸送の実験的研究2019

    • 著者名/発表者名
      小林達哉
    • 学会等名
      プラズマ核融合学会2019年会
    • 招待講演
  • [学会発表] LHDにおけるイオン内部輸送障壁強度の定義とその同位体効果2019

    • 著者名/発表者名
      小林達哉
    • 学会等名
      閉じ込め・輸送研究会2019

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公開日: 2021-01-27  

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