Study on the heat transport in magnetically confined plasmas by simultaneous measurement of micro-scale turbulence and macro-scale fluctuation

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06653
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 井戸 毅 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (50332185)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 昭博 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (00390633) ; 谷池 晃 神戸大学, 海事科学研究科, 准教授 (50283916)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 重イオンビームプローブ / 重イオン位置検出器 / GAM / 高速イオン励起不安定性 / 亜臨界不安定性

Outline of Annual Research Achievements

当該年度は大型ヘリカル装置（LHD）における実験が実施されなかったため、試験用30keVビームラインを用いた実験により検出器の最適化を進めた。実験においては微細メッシュの枚数及びギャップを変え、ビーム信号強度の変化及び検出２次電子の空間広がりを調べた。その結果として２次電子増倍効果及び２次電子空間広がりのメッシュ枚数に対する依存性のデータが得られた。このデータ基づいて、信号強度とビーム広がりの兼ね合いからメッシュ枚数及びギャップを決定し、実機用検出器を製作した。この結果は第11回核融合エネルギー連合講演会にて報告した。
プラズマ実験のデータ解析の面では前年度明らかにした、大規模空間構造を持つ高速イオン励起測地線音波（EGAM）の突発的励起現象に関するデータ解析を進めた。この解析の結果EGAMの励起に他の不安定性が関係しており、EGAMの突発的励起に関して、その不安定性の振幅に明確な閾値があることを明らかにした。この結果は、EGAMの突発的励起が亜臨界不安定性の励起現象であることを示しており、前年度の理論モデル構築による結論を支持する重要な結果である。この結果は第18回プラズマ物理に関する国際会議(ICPP)及び日本物理学会第72回年次大会において招待講演として、6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, Astrophysical Plasmasにおいて口頭発表として発表した。
また、EGAMが通常予想される空間構造と異なる空間非対称性を持つ場合があることが観測された。この空間非対称性は波動と粒子の相互作用を増大させる可能性があることが本年度に発表された理論により指摘されており、新しい波動―粒子相互作用の観測である可能性がある。これに関しては第26回IAEA核融合エネルギー会議において発表をおこなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

検出器開発の面では実機における試験ができていないが、検出器構造の最適化をさらに進めることができた。また、データ解析の面では、大規模構造を持つEGAMの突発的励起現象の物理機構の解明をさらに進め、高エネルギー粒子から波動への新しいエネルギーの流れの解明が進めることができた。

Strategy for Future Research Activity

LHD実機に取り付ける検出器3チャンネルのうち1チャンネルに微細メッシュを設置し、実機による試験を行い、同時にプラズマ計測も行う。これにより、高エネルギー粒子駆動不安定性などの大域的揺らぎと微視的揺らぎの同時計測を行う。これらの結果を反射計、干渉計等による揺動計測との比較を進める。

Causes of Carryover

（理由）当初予定していた中性子遮蔽が他の機器と一緒に設置できることになり、その分の経費が節約できた。この分は現在の検出器の実機における試験結果を確認した後、検出器の多チャンネル化に使用する予定であるが、この作業が可能となるのは、今年度のLHDにおけるプラズマ実験が終了する2017年8月以降となるため、次年度使用とすることにした。
（使用計画）LHDにおける検出器の性能確認実験を確認し、十分な性能を有していることを確認できれば多チャンネル化を行う。もし、修正が必要であれば、テスト用30keVビームラインを用いた実験を再度行い、それに基づいた修正を行う。

Expenditure Plan for Carryover Budget

LHDにおける検出器の性能確認実験を確認し、十分な性能を有していることを確認できれば多チャンネル化を行う。もし、修正が必要であれば、テスト用30keVビームラインを用いた実験を再度行い、それに基づいた修正を行う。

Research Products

• [Journal Article] Abrupt excitation of intense geodesic acoustic mode in the LHD (2016)
  • Author(s): T. Ido, K. Itoh, M. Lesur, M. Osakabe, A. Shimizu, K. Ogawa, M. Nishiura, Y. Kosuga, M. Sasaki, K. Ida, S. Inagaki, S. -I. Itoh, and the LHD Experiment Group
  • Journal Title: Proceedings of 26th IAEA Fusion Energy Conference Volume: - Pages: EX/P8-13
  • Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nonlinear excitation of subcritical fast ion-driven modes (2016)
  • Author(s): M. Lesur, K. Itoh, T. Ido, S.-I. Itoh, Y. Kosuga, M. Sasaki, S. Inagaki, M. Osakabe, K. Ogawa, A. Shimizu, K. Ida and the LHD experiment group
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 56 Pages: 056009 1 - 14
  • DOI: doi:10.1088/0029-5515/56/5/056009
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 2D spatial profile measurements of potential fluctuation with heavy ion beam probe on the Large Helical Device (2016)
  • Author(s): A. Shimizu, T. Ido, M. Nishiura, S. Kato, K. Ogawa, H. Takahashi, H. Igami, Y. Yoshimura, S. Kubo, T. Shimozuma
  • Journal Title: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Volume: 87 Pages: 11E731 1 - 4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4963908
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 大型ヘリカル装置における測地線音響モードの 亜臨界励起現象の実験的検証 (2017)
  • Author(s): 井戸 毅
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
  • Invited
• [Presentation] Energetic Particle‐Driven GAM in the Large Helical Device (2016)
  • Author(s): Takeshi Ido
  • Organizer: 1ST NFRI MINI-WORKSHOP ON ENERGETIC PARTICLES
  • Place of Presentation: Daejeon, Korea
  • Year and Date: 2016-11-22 – 2016-11-23
  • Invited
• [Presentation] Abrupt excitation of intense geodesic acoustic mode in the LHD (2016)
  • Author(s): T. Ido, K. Itoh, M. Lesur, M. Osakabe, A. Shimizu, K. Ogawa, M. Nishiura, Y. Kosuga, M. Sasaki, K. Ida, S. Inagaki, S. -I. Itoh, and the LHD Experiment Group
  • Organizer: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LHDにおける高エネルギー重イオンビームプローブのための高効率位置検出器の開発 (2016)
  • Author(s): 井戸 毅, 清水昭博，牧野良平，加藤眞治，塚田究，谷池晃
  • Organizer: 第11回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2016-07-14 – 2016-07-14
• [Presentation] Abrupt excitation of a subcritical instability in magnetically confined plasmas in the LHD (2016)
  • Author(s): T. Ido, K. Itoh, M. Lesur, M. Osakabe, A. Shimizu, K. Ogawa, M. Nishiura, Y. Kosuga, M. Sasaki, K. Ida, S. Inagaki, S. -I. Itoh, and the LHD Experiment Group
  • Organizer: 6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, Astrophysical Plasmas
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2016-07-11 – 2016-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of subcritical GAM excitation in the LHD (2016)
  • Author(s): T. Ido, K. Itoh, M. Lesur, M. Osakabe, A. Shimizu, K. Ogawa, M. Nishiura, Y. Kosuga, M. Sasaki, K. Ida, S. Inagaki, S. -I. Itoh, and the LHD Experiment Group
  • Organizer: 18th International Congress on Plasma Physics
  • Place of Presentation: Kaohsiung, Taiwan
  • Year and Date: 2016-06-27 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research / Invited