高ベータ球状トカマク合体生成過程における熱エネルギー輸送過程の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01866
• 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, 准教授 (30726013)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: プラズマ科学 / 核融合 / 磁気リコネクション / プラズマ診断 / 球状トカマク

研究実績の概要

最終年度は研究成果公開の年と位置付け、各種学会等で招待講演等の形で広く結果の周知を行った。コロナ禍の影響で実施が可能となるまで延期となっていたICPP2022招待講演が現地開催の運びとなったほか、国内でもプラズマ核融合学会の現地開催が再開し、情報交換が加速する最終年度となった。本研究で得られた成果の集大成は以下に要約される。
1:電子系は磁気リコネクションでつなぎ変わるポロイダル磁場成分がなす平面に垂直なトロイダル方向成分の磁場であるガイド磁場の影響のもと、プラズマのポテンシャル(電位)が低い領域に高エネルギー成分の挙動が集中する形で構造を形成した。
2:イオン系は逆の特徴となり、電位分布から予測される静電加速シナリオによる低ポテンシャル域ではなく、逆にポテンシャルが高い領域に高イオン温度が現れる特徴的な構造が確認された。
磁気リコネクションが発生する平面内の、ポテンシャルドロップ起源の面内電場による静電加速説が優勢なシミュレーション研究と異なり、ガイド磁場リコネクションのイオン加熱はリコネクションに伴って発生するトロイダル電場(リコネクション電場)の磁力線方向成分の寄与が支配的となり、この軌道のもとで加速された時はイオンはむしろ高ポテンシャル領域で加熱されるという、従来の予測を裏切る興味深い結果が実験主導で発見された。またイオン加熱にはトロイダル効果の影響も現れ、径方向内側の高磁場領域では径方向外側の弱磁場側よりも大きな加熱が得られ、さらにこの特徴は合体・リコネクションアウトフローのエネルギー変換完了後も一定時間持続した。強磁場側と弱磁場側や体積や磁場強度が大きく異なる低アスペクト比な球状トカマクの特徴を反映した興味深い構造が実験的に確認され、IAEA-FEC2023国際会議の日本代表論文として採択、同会議後にNuclear Fusion誌等において論文出版を行う予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3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] トカマクエナジー/カラム研究所(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: トカマクエナジー/カラム研究所
• [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] Investigation of Quadrupole Potential Dependency on Reconnecting Magnetic Field during Tokamak Merging / Reconnection (2023)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Haruaki、Cai Yunhai、Tanabe Hiroshi、Ono Yasushi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 巻: 143 ページ: 63～64
  • DOI: 10.1541/ieejfms.143.63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Cost-Effective Polychromator System with Two Angled Filters for Thomson Scattering Measurement System (2023)
  • 著者名/発表者名: KIM Jungkyun、KAMIYA Shun、YAMAGUCHI Haruka、TANABE Hiroshi、ONO Yasushi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 18 ページ: 1301015～1301015
  • DOI: 10.1585/pfr.18.1301015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reconstruction of the Internal Magnetic Configuration of Two Merging Spherical Tokamak Plasmas by External Probe Measurement and MHD Simulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ahmadi Tara、Ono Yasushi、Tanabe Hiroshi、Cai Yunhan
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering 巻: 17 ページ: 1231～1233
  • DOI: 10.1002/tee.23614
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-dimensional resistive MHD simulation of the optimized plasma formation in the spherical tokamaks (2021)
  • 著者名/発表者名: Ahmadi T.、Tanabe H.、Ono Y.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 ページ: 066001～066001
  • DOI: 10.1088/1741-4326/abebce
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Double-filter high-resolution soft x-ray tomographic diagnostic for investigating electron acceleration in TS-6 reconnection merging experiments (2021)
  • 著者名/発表者名: Xiang Junguang、Takeda Shinjiro、Cai Yunhan、Tanabe Hiroshi、Cao Qinghong、Tanaka Haruaki、Ono Yasushi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 92 ページ: 083504～083504
  • DOI: 10.1063/5.0058112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasma heating and current sheet structure in anti-parallel magnetic reconnection (2021)
  • 著者名/発表者名: Cheng C. Z.、Inoue S.、Ono Y.、Tanabe H.、Horiuchi R.、Usami S.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 28 ページ: 072101～072101
  • DOI: 10.1063/5.0039818
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Control of electron acceleration process during merging start-up of spherical tokamak (2021)
  • 著者名/発表者名: Inomoto M.、Mihara T.、Kondo K.、Kaneko H.、Kusano K.、Kaneko K.、Maeda Y.、Shinohara A.、Jin H.、Suzuki T.、Tanabe H.、Ono Y.、Kamio S.、Kawamori E.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 ページ: 116069～116069
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac2107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global ion heating/transport during merging spherical tokamak formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanabe H.、Tanaka H.、Cao Q.、Cai Y.、Akimitsu M.、Ahmadi T.、Cheng C.Z.、Inomoto M.、Ono Y.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 ページ: 106027～106027
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac217c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of Glass-Tube-Pair Type Doppler Probe Array for 1D Profile Measurement of Two Component Ion-Flow Vector (2021)
  • 著者名/発表者名: SOMEYA Ryo、TANAKA Haruaki、FUNATO Yugo、CAI Yunhan、AKIMITSU Moe、TANABE Hiroshi、ONO Yasushi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 16 ページ: 1202078～1202078
  • DOI: 10.1585/pfr.16.1202078
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global Ion Heating during ST Merging Driven by High Guide Field Reconnection (2021)
  • 著者名/発表者名: TANAKA Haruaki、TANABE Hiroshi、CAO Qinghong、ONO Yasushi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 16 ページ: 2402068～2402068
  • DOI: 10.1585/pfr.16.2402068
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Soft X-ray Stereo Imaging System for Time-evolution Measurement of High-energy Electron Distribution (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeda Shinjiro、Xiang Junguang、Cai Yunhan、Tanabe Hiroshi、Ono Yasushi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 巻: 141 ページ: 604～605
  • DOI: 10.1541/ieejfms.141.604
  • 査読あり
• [学会発表] Ion heating/transport characteristics of merging startup plasma scenario in the TS-6 spherical tokamak (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Tanabe、Haruaki Tanaka and Yunhan Cai
  • 学会等名: 29th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Recent Progress of Merging Spherical Tokamak Formation Experiments ~ Global-scale Ion Heating/Transport during Magnetic Reconnection ~ (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Y. Cai, M. Gryaznevich, S. Mcnamara, C. Z. Cheng, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 20th International Congress on Plasma Physics (ICPP2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] TS-6/ST40における合体加熱型球状トカマク急速生成実験の最近の進展 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 田中遥暁, 蔡雲漢, Mikhail Gryaznevich, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第39回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Recent progress of guide field reconnection research in merging spherical tokamak formation (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Y. Cai, R. Someya, S. Takeda, M. Gryaznevich, C. Z. Cheng, H. Park, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection (MR2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Global ion heating/transport process of magnetic reconnection in flux tube merging experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Y. Cai, M. Gryaznevich, C. Z. Cheng, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 6th Asia Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Positive potential-side global ion heating during high guide field reconnection in the TS-6 merging spherical tokamak formation experiment (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Y. Cai, R. Someya, C. Z. Cheng, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 64th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] NBIフリーイオン温度計測の高温プラズマシナリオ開発への応用展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士, 吉田麻衣子, 田中遥暁, 若月琢馬, Mikhail Gryaznevich, 井通暁, 小野靖
  • 学会等名: 第38回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] High field application of merging/reconnection plasma startup in the ST40 and TS-6 spherical tokamaks (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, M. Gryaznevich, S. Mcnamara, J. Wood, H. Tanaka, M. Akimitsu, Y. Cai, D. Osin, P. Buxton, A. Rengle, O. Asunta, C. Z. Cheng, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 5th Asia Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Application study of magnetic reconnection for high temperature spherical tokamak formation (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Tanabe, H. Tanaka, Y. Cai, M. Akimitsu, T. Ahmadi, R. Someya, M. Gryaznevich, S. McNamara, C. Z.Cheng, M. Inomoto and Y. Ono
  • 学会等名: 63th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 英国核融合ベンチャートカマクエナジー社の企業活動事例紹介 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田辺博士
  • 学会等名: 第17回YGN若手勉強会「核融合の早期実現という破壊的イノベーション」(日本原子力学会 若手連絡会)
  • 招待講演
• [備考] 小野・井研究室(所属機関)
  • URL: http://tanuki.t.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 2022年度吉川允二記念核融合エネルギー奨励賞受賞
  • URL: https://www.k.u-tokyo.ac.jp/information/category/award/10161.html