回転するプラズマの流れ構造形成に関する実験的研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25800306
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 寺坂 健一郎 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (50597127)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: プラズマ物理 / 不均一磁場 / 角運動量

研究実績の概要

本研究は磁場の不均一性の強い領域におけるプラズマの流れ構造形成を明らかにすることを目的としたもので、磁化領域のプラズマ回転を制御することで回転するプラズマの流れ構造を磁化領域とイオン非磁化領域に渡り統一的に調べることに重点をおいた実験研究である。
昨年度(H25年度)は回転を制御するための同心円筒電極を新しく開発した。電極へのバイアスによって生じるE×Bドリフト回転によって回転の向きや強度、分布が制御可能であることを確認した (E、Bはそれぞれ電場と磁場)。特に、円筒形状を採用することによってプラズマへの擾乱が少なく効率的なプラズマ中の径方向電場形成が可能となり、回転の効果を調べるための一つの指標であるイオン音波速度をもつ回転に必要な強さの電場を作ることが可能となった。H26年度はこの電極を用いて無回転のプラズマから回転が支配的なプラズマまでを生成し、様々な条件で実験を行うことでプラズマの回転が流れ場の構造形成に与える影響について調べた。
沿磁力線方向のプラズマ流速に対して回転速度が上昇するとき、円柱プラズマの中心領域に反転流分布が形成されることが観測された。反転流は回転系における特徴的な流れ構造の一つで、非圧縮の中性流体では比較的よく知られた流れのパターンである。一方、非圧縮性や電磁力を受けるプラズマ中における反転流形成についての実験的な報告は少なく、このような流れ場がプラズマ中でも発生する興味深い結果を得た。また、反転流の性質がイオン非児か領域で解消される傾向にある初期結果も得られた。
本課題で得られた成果の一部は寺坂他：Journal of Plasma Physics 81 (1), 345810101 (2014) に掲載されたほか、第56回アメリカ物理学会 Division of Plasma Physics (2014)を始めとする国内学会で報告を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Flow structure formation in an ion-unmagnetized plasma: The HYPER-II experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Terasaka, M. Y. Tanaka, S. Yoshimura, M. Aramaki, Y. Sakamoto, F. Kawazu, K. Furuta, N. Takatsuka, M. Masuda and R. Nakano
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 巻: 81 ページ: 345810101-1_9
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1017/S0022377814000695
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exploration of spontaneous vortex formation and intermittent behavior in ECR plasmas: The HYPER-I experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshimura, K. Terasaka, E. Tanaka, M. Aramaki, A. Okamoto, K. Nagaoka and M. Y. Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 巻: 81 ページ: 345810204-1_10
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1017/S0022377814001147
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-impedance wire grid method to study spatiotemporal behavior of hot electron clump generated in a plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Terasaka, S. Yoshimura, Y. Kato, K. Furuta, M. Aramaki, T. Morisaki, and M. Y. Tanaka
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 85 ページ: 113503-1_4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4901096
  • 査読あり
• [学会発表] 円筒電極を用いた回転流制御と不均一磁場領域の流れ構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺坂健一郎, 川頭史弥, 古田勘士, 中野陸, 吉村信次, 田中雅慶
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] HYPER-II装置を用いたプラズマダイナモ実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺坂健一郎, 吉村信次, 川頭史弥, 古田勘士, 中野陸, 田中雅慶
  • 学会等名: Plasma Conference
  • 発表場所: 新潟(朱鷺メッセ)
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] 回転流体中の乱流輸送の基礎実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永岡賢一, 日高芳樹, 吉村信次, 寺坂健一郎, 政田洋平, 小林達哉, 横井喜充, 久保雅仁, 石川遼子, 三浦英昭
  • 学会等名: Plasma Conference
  • 発表場所: 新潟(朱鷺メッセ)
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] イオン非磁化プラズマにおける流れ構造形成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川頭史弥, 古田勘士, 中野陸, 寺坂健一郎, 吉村信次, 荒巻光利, 田中雅慶
  • 学会等名: Plasma Conference
  • 発表場所: 新潟(朱鷺メッセ)
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] Experimental Study on an Intermediate Plasma in the HYPER-II Device (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺坂健一郎, 川頭史弥, 古田勘士, 中野陸, 吉村信次, 田中雅慶
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: ニューオーリンズ、アメリカ
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-31
• [学会発表] Plasma spectroscopy using optical vortex laser (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉村信次, 荒巻光利, 寺坂健一郎, 戸田泰則, 鹿野豊, Uwe Czarnetzki
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: ニューオーリンズ、アメリカ
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-31
• [学会発表] Study on Flow Structure Formation in a Diverging Magnetic Field with the HYPER-II Device (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺坂健一郎, 吉村信次, 川頭史弥, 荒巻光利, 田中雅慶
  • 学会等名: International Congress on Plasma Physics, ICPP2014
  • 発表場所: リスボン, ポルトガル
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-19
• [学会発表] Intermittent Generation of Localized Higher Electron Temperature Regions in a Weakly-ionized Electron Cyclotron Resonance Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉村信次, 寺坂健一郎, 田中瑛貴, 荒巻光利, 田中雅慶
  • 学会等名: International Congress on Plasma Physics, ICPP2014
  • 発表場所: リスボン, ポルトガル
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-19