| 研究課題/領域番号 |
19K21868
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
浅井 朋彦 日本大学, 理工学部, 教授 (00386004)
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| 研究分担者 |
長山 好夫 日本大学, 理工学部, 特任教授 (10126138)
高橋 俊樹 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (10302457)
比村 治彦 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (30311632)
高橋 努 日本大学, 理工学部, 教授 (50179496)
水口 直紀 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (70332187)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| キーワード | 自己組織化 / 磁化プラズモイド |
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| 研究実績の概要 |
プラズモイドの超音速衝突合体によって自己組織化的に形成される磁力線構造を観測するため，３軸磁気プローブアレイを開発し，その性能評価を行なった。また，それを用いたプラズモイドの内部磁場構造の観測を開始した。この観測には，放電ノイズや高温・高密度プラズマからの負荷に耐え，サブマイクロ秒で生じる磁力線の変化を観測できるプローブが必要であり，開発されたプローブアレイが，使用条件を満たすことを確認した。
また，FRCの自己組織化的形成の確認のため，FRCの特徴の一つであるトロイダルスピンアップを観測した。計測は，申請者グループで開発したイオンドップラー分光システムを用いた。磁場計測同様に高速な応答が要求される分光システムには，ディテクタとしてマルチアノード光電子増倍管を採用し，プラズモイド衝突後，磁場構造の再形成とともに形成されるフローの空間構造を観測した。この結果，衝突合体前後では，プラズモイドの持つ角運動量は保存されず，衝突による衝撃は加熱を経て，FRCが自己組織化的に形成されている可能性が高くなった。
これらの実験結果との比較，検証のため，三次元MHDシミュレーションを実施した。しかし，実験で形成されるFRCがMHD近似から大きく外れるためか，現段階では実験結果の再現には至っていない。
上記の研究実績により，最終年度となる令和３年度は，フロー構造を詳細に観測し，可能性が示された角運動量の保存の破れを検証するため，イオンドップラー分光システムを追加し，生成領域，衝突合体領域での同時計測を行うとともに，FRCの自己組織化的生成について，衝突速度依存性などを検証するための実験を行う。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初開発を予定した計測器については，その開発を終え，性能評価も完了した。また，観測対象となるプラズマの生成，移送についても，目的であるパラメータ領域での生成に成功し，実験は順調に進んでいる。
一方で，極限的にベータ値の高いFRCに特徴的なイオンの運動論的効果のためか，３次元MHDシミュレーションについては，実験で得られているプラズマの振る舞いを再現できておらず，継続してモデルや計算条件の検証を進める。
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| 今後の研究の推進方策 |
プラズモイドの超音速衝突時の高ベータ磁場配位の自己組織化的形成については，実験・観測の準備が申請時の計画通り順調に進み，実験を開始した。本年度は，自己組織化的配位生成について，衝突速度やイオンの質量などの条件への依存性を観測するため，システマティックにデータ取得を進める。
一方で，作業が遅れている三次元MHDシミュレーションについては，計算条件の検証やモデルの最適化を進めると同時に，運動論的効果の影響を評価するため，ハイブリッドシミュレーションによる超音速衝突時のプラズモイドの振る舞いの検証を行う。
これまでに得られた実験結果は，プラズモイド衝突時の配位の自己組織化的生成過程は，磁気ヘリシティや一般化ヘリシティの保存と言った枠組みに収まらないことを示しており，その物理的描像の理解へ向けた実験結果の検証を進める。
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