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2014 年度 実績報告書

高速イオンによって駆動されるインターチェンジモードに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26889064
研究機関神戸市立工業高等専門学校

研究代表者

西村 征也  神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (70548544)

研究期間 (年度) 2014-08-29 – 2016-03-31
キーワード磁場閉じ込め核融合プラズマ / 高速イオン / 電磁流体力学的不安定性 / 運動論的効果 / 波-粒子共鳴相互作用 / エネルギー原理 / 分散関係 / 粒子シミュレーション
研究実績の概要

以下の成果が得られた。
(1) 運動論的エネルギー原理の構築と分散関係の解析
本研究で扱う運動論的エネルギー原理は、高速イオンとMHDのエネルギー交換を記述するモデルである。トカマクにおけるChen(1984)の理論をヘリカル系に拡張した。導出されたモデルをヘリカル系のインターチェンジ(IC)モードと捕捉高速イオンに限定し、拡張されたICモードの分散関係を導出した。分散関係を試行関数法によって近似的に解いた。モデルを解析した結果、ICモードが安定な領域においても、モードが不安定化されることが明らかになった。捕捉高速イオン駆動型のICモードの存在を理論的に記述する新しい成果が得られた。
(2) 捕捉高速イオンの粒子シミュレーションコードの開発
ヘリカル系における捕捉高速イオンの運動をシミュレーションするための粒子シミュレーションコードを開発した。バウンス中心の軌道や歳差ドリフト周波数について、シミュレーション結果は理論予測とよく整合することが確かめられた。ICモードを模擬した電場揺動が存在する場合の粒子シミュレーションを行った。電場揺動と捕捉高速イオンのエネルギー交換は、理論で予測される波-粒子共鳴条件を満たす場合に最も大きくなることが確かめられた。
その他に、前年度まで取り組んできた磁気島とプラズマフローの相互作用に関する研究についても論文執筆や学会発表を行った。この研究は、MHDに対する運動論的効果という枠組みにおいて本研究課題と密接に関連するものである。

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

運動論的エネルギー原理に基づく拡張されたICモードの分散関係を導出し、初期的な解析から捕捉高速イオンによって駆動されるICモードの発見に至った。この成果は速報として学術雑誌に掲載されるなど、新規性が評価された。また、粒子シミュレーションコードの開発を進め、捕捉高速イオンの軌道や周波数に関して理論的仮定との整合性を検証した。このコードを用いて、捕捉高速イオンに対する電場揺動の作用を調べ、理論解析の予測する波-粒子共鳴条件と矛盾しないことが検証された。これらは、当初の計画で期待されていた成果である。
以上より、本研究はおおむね順調に進展している進展していると判断される。

今後の研究の推進方策

拡張されたICモードの分散関係に関しては、初期的な解析が修了した段階であり、今後はより詳細な解析が必要である。また、実際の装置においてはトロイダル効果によって捕捉高速イオンの軌道が磁気面からずれたり、ヘリカル系プラズマに特有のトロイダルリップル構造の寄与が存在する。これらの寄与を加味した理論モデルの構築およびシミュレーションコードの開発が必要である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Nonlinear Stability of Externally Induced Magnetic Islands in Multi-Helicity Helical Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Seiya Nishimura
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 10 ページ: 1203014 1-3

    • DOI

      10.1585/pfr.10.1203014

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Roles of effective helical ripple rates in nonlinear stability of externallyinduced magnetic islands2015

    • 著者名/発表者名
      Seiya Nishimura
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 22 ページ: 022521 1-8

    • DOI

      10.1063/1.4913652

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Novel Theory of Energetic-Ion-Induced Interchange Mode2015

    • 著者名/発表者名
      Seiya Nishimura
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 84 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Plasma-induced magnetic responses during nonlinear dynamics of magneticislands due to resonant magnetic perturbations2014

    • 著者名/発表者名
      Seiya Nishimura
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 21 ページ: 122502 1-8

    • DOI

      10.1063/1.4903203

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Simulation study of trapped fast ion motion in magnetic confinement devices2015

    • 著者名/発表者名
      Seiya Nishimura
    • 学会等名
      ISPlasma 2015 / IC-PLANTS 2015
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋)
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-31
  • [学会発表] 外部駆動磁気島の非線形ダイナミクスに伴うプラズマの磁場応答2015

    • 著者名/発表者名
      西村征也
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス(早稲田)
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] [依頼講演] LHDにおける外部駆動された磁気島の非線形安定性2014

    • 著者名/発表者名
      西村征也
    • 学会等名
      MHD研究会
    • 発表場所
      核融合科学研究所(土岐)
    • 年月日
      2014-12-25 – 2014-12-26
  • [学会発表] ヘリカル系における高速イオンの歳差運動とMHD不安定性に対する影響2014

    • 著者名/発表者名
      西村征也
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部第18回支部大会
    • 発表場所
      九州大学筑紫地区総合研究棟(春日)
    • 年月日
      2014-12-20 – 2014-12-21
  • [学会発表] Theoretical and numerical analyses of trapping and precession drift of fast ion2014

    • 著者名/発表者名
      Seiya Nishimura
    • 学会等名
      PLASMA CONFERENCE 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟)
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [備考] 研究室のホームページ

    • URL

      http://www.kobe-kosen.ac.jp/~n-seiya/

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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