coupling between turbulent transport and magnetic topology

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02336
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 居田 克巳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00184599)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉沼 幹朗 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (20323058) ; 小林 達哉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30733703) ; 徳沢 季彦 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90311208)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 磁場トポロジー / 乱流

Outline of Annual Research Achievements

核融合装置では外部から与えたトーラス型をした入れ子状の磁場の中にプラズマを生成・加熱し、高温高圧のプラズマをどのようにして維持するかが重要な課題となっている。この入れ子状の磁場は、プラズマ中に発生した電流の影響で変化し、そのトポロジーを変化させる。よく知られたトポロジー変化として、磁気島と呼ばれる三日月型のトポロジーを持つ磁気面が成長する場合や、さらに異なるモード数に磁気島が重なり合う為に磁気面が失われてしまう場合（ストキャスティック化）がある。特に。このストキャスティック化は、プラズマが突然消滅する電流崩壊という現象の原因にとなっており、核融合プラズマの維持において、極めて重要な課題である。

プラズマの乱流と磁場トポロジーはお互いに相互作用すると考えられる。すなわち、磁場トポロジーの変化によりプラズマの乱流が変化するのみならず、プラズマの乱流が、プラズマの流れに影響を及ぼして磁場トポロジーを変化させる。従って、磁場トポロジーによるプラズマの乱流の変化の計測は、プラズマの振る舞いを理解する上で重要な課題となっている。

プラズマの乱流は、プラズマ中に入射された中性粒子ビームがプラズマで励起されて発光する光の強度の時間変化を高速で計測し、周波数特性や空間相関を解析する事で得られる。本年度はこの磁気島やストキャスティック領域が現れる場所での乱流を同時に計測する為に、約30cm四方のプラズマ像を分光する回転式大口径干渉フィルターを使ったイメージフィルター分光器と64チャンネルの多チャンネルアバランシェダイオード検出器(APD)を設計・制作した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究に必要なビーム放射分光のコンポーネントであるイメージ光ファイバー・イメージフィルター分光器・多チャンネルアバランシェダイオード検出器のすべての制作を終えて、LHDプラズマにおいて乱流計測を開始する準備が順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

今後は分光システムの調整・動作チェック・データ処理ソフトの開発・解析手法の確立などの予備的な実験を開始する。ビーム放射分光では２次元の長波長揺動が観測できると言う特徴を生かして、マイクロ波反射で計測した短波長揺動との組み合わせた解析も行う予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] General Atomics/University of Wisconsin(U.S.A.)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: General Atomics/University of Wisconsin
• [Journal Article] Abrupt onset of tongue deformation and phase space response of ions in magnetically- confined plasmas (2016)
  • Author(s): K. Ida1,2, T. Kobayashi1,2, K. Itoh1, M. Yoshinuma1, T. Tokuzawa, T. Akiyama, C. Moon, H. Tsuchiya, S. Inagaki & S.-I. Itoh
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 36217
  • DOI: doi: 10.1038/srep36217 (2016)
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bifurcation physics of magnetic islands and stochasticity explored by heat pulse propagation studies in toroidal plasmas (2016)
  • Author(s): K. Ida, T. Kobayashi, M. Yoshinuma1, Y. Suzuki, Y. Narushima, T.E. Evans, S. Ohdachi, H. Tsuchiya, S. Inagaki and K. Itoh
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 56 Pages: 092001
  • DOI: doi:10.1088/0029-5515/56/9/092001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Helium transport in the core and stochastic edge layer in LHD (2016)
  • Author(s): K Ida, M Yoshinuma, M Goto, O Schmitz, S Dai, A Bader, M Kobayashi, G Kawamura, C Moon, Y Nakamura1 and The LHD Experiment Group
  • Journal Title: Plasma Physics and Controlled Fusion Volume: 58 Pages: 074010
  • DOI: doi:10.1088/0741-3335/58/7/074010
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Magnetic island and stochastic magnetic field in toroidal plasmas (2017)
  • Author(s): K.Ida
  • Organizer: 18th International RFP Workshop
  • Place of Presentation: Kyoto Institute of Technology, Kyoto
  • Year and Date: 2017-03-26 – 2017-03-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Beam Spectroscopy in Plasma (2016)
  • Author(s): K.Ida, and LHD experiment group
  • Organizer: 8th Korea-Japan Diagnostic Seminar
  • Place of Presentation: Citadines Haeundae Busan, Korea
  • Year and Date: 2016-08-24 – 2016-08-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Explore of a magnetic topology by heat pulse propagation method (2016)
  • Author(s): Katsumi Ida
  • Organizer: 6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, Astrophysical Plasmas
  • Place of Presentation: International Congress Center, Epochal Tsukuba, Tuskuba
  • Year and Date: 2016-07-11 – 2016-07-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Bifurcation physics of a magnetic island and its stochastization in totoidal plasmas (2016)
  • Author(s): K.Ida, T.Kobayashi, T.E.Evans, H. Tsuchiya, S. Inagaki, K. Itoh, M. Yoshinuma, Y. Suzuki, S. Ohdachi
  • Organizer: 6th Asia Pacific Transport Working Group
  • Place of Presentation: Korea University Seoul Korea
  • Year and Date: 2016-06-21 – 2016-06-25
  • Int'l Joint Research / Invited