次元的相似な低エネルギー密度ヘリカルプラズマによる高温プラズマ閉じ込め模擬実験

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206107
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 東井 和夫 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (20093057)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 基志 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00290916) ; 庄司 多津男 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (50115581) ; 鈴木 千尋 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (30321615) ; 洲鎌 雄 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (80202125) ; 大舘 暁 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00270489)
• Keywords: 次元的相似プラズマ / ヘリカル装置 / プラズマ揺動 / 揺動相関計測 / 内部輸送障壁 / 径電場 / 電子ルート / 電子バーンシュタイン波

Research Abstract

高温プラズマの輸送現象は、プラズマ揺動で規定されているが揺動間の相関計測が困難であるため、その閉じ込め特性の理解は依然として不十分である。このような高温プラズマと、規格化ラーマー半径ρ_s*のみが異なり、規格化衝突周波数v*やベータ値β_tなどの他の規格化パラメータの一致する次元的相似な低温・低密度プラズマを生成できれば、静電プローブにより揺動間の相関計測が可能となり、高温プラズマ輸送の物理機構の解明が期待される。このような視点から、コンパクトヘリカルシステムCHSにおいて、0.1T以下の極低い磁場で2.45GHzのマイクロ波により低温・低密度プラズマの生成を試みた。その結果、v*=0.04-1,β_t〜0..02%,ρ_s*=0.02-0.04のプラズマが生成され、v*やβ_tに関してはCHSや大型ヘリカル装置LHDの高温・高密度プラズマのそれらと一致し、ρ_s*については2-4倍大きくなった。このようなプラズマにおいて、密度、電子温度およびプラズマ電位揺動の相対振幅の径方向分布が周辺からプラズマ中心部まで得られた。特筆すべきことは、磁気軸をいわゆる外寄せ配位として低電子密度プラズマを生成すると、中心部に急峻な密度および温度勾配を有するプラズマに突然遷移し内部輸送障壁ITBが形成された。電子密度のITB形成は、ヘリカルプラズマでははじめてである。遷移の前後で、径電場がほとんどゼロから正の値に変化しており高温のヘリカルプラズマで観測されている電子ルートが実現されたことを示唆している。現在、このITB形成プラズマの揺動特性の研究を進めている。
また、2.45GHzマイクロ波で生成されたプラズマの電子密度は、正常波遮断密度の数倍以上となっており、入射波が電子バーンシュタイン波(EBW)にモード変換されたものと推測される。EBWの基礎過程研究も、本基盤研究の主要研究課題となっている。