Physics Modelling for Abrupt Events in Magnetized Plasmas

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K13923
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: 伊藤 公孝 中部大学, 総合工学研究所, 特任教授 (50176327)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 琢磨 九州大学, 基幹教育院, 准教授 (90437773) ; 杉田 暁 中部大学, 中部高等学術研究所, 准教授 (20650708)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 突発現象 / 亜臨界不安定性 / 多スケール乱流相互作用 / トリガー問題

Outline of Annual Research Achievements

当初予定の研究期間に、計画目標以上の成果が上がった。トリガー現象を精緻に観測し研究協力者と共にトリガー現象が非線形励起現象である実験的証拠を得た。トリガー現象の精緻な観測を徹底し、実験解析の成果を分析した。その結果、トリガー現象が起きる極端に短い時間に起きる大規模変形の性質を明確にすることができた。従来は、プラズマ振動の固有モードのいずれかが急に増大すると信じられていたが、トリガーの発生のごく短い時間では、プラズマの大規模変形は固有モードとは極端に異なる空間構造を持っている。それが大規模に発達したのち、固有モードへと転換することが実証された。このことから、本研究で提案した仮説「トリガー現象が非線形励起現象である」が肯定的に検証されるという大きな結果が得られたことは、プラズマ物理学全体に大きなインパクトを与えた。
最終年度を平成３０年度へと研究期間を延長し、さらなる成果拡大を図ることとした。主たる理由は、計画当初予想されなかった実験装置（平成２９年度に建設が決定）が実現し、突発現象で現れる非モード型の変形を正確に観測する研究に道が拓けたことにある。「乱流局在」（プラズマ中の周方向の一部分に乱流が局在する）のレビューを出版し、今後の実験計画の指針を提供した。ストリーマー現象の探索を行い、HL-2A(中国)実験装置を対象に、国内・国際共同解析研究を行ない、線形モードではないストリーマーが突然現れる状況が見つかった。また、この研究が、広い自然界の突発現象に応用できるとの着想を得て、プラズマ以外の観測データにも本方法を当てはめた。ゲリラ豪雨のような突発的強雨に着目し解析したところ、統計解析により強雨領域が弾道的に伝播することが発見され、予測にも繋がりうる基礎を与えた。以上、本研究計画のインパクトをさらに高める成果を得た。成果を国内外の学会等で発表し論文として出版・執筆した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] South West Institute for Plasma Physics(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: South West Institute for Plasma Physics
• [Int'l Joint Research] Max-Planc-Institute for Plasma Physics(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Max-Planc-Institute for Plasma Physics
• [Int'l Joint Research] University of Lorraine(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: University of Lorraine
• [Journal Article] Exhaust of turbulence cloud at the tongue shaped deformation event (2018)
  • Author(s): K. Ida, T. Kobayashi, T. Tokuzawa, T. Akiyama, H. Tanaka, M. Yoshinuma, K. Itoh
  • Journal Title: Nucl. Fusion Volume: 58 Pages: 112003-1-5
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1741-4326/aab971
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Symmetry-Breaking of Turbulence Structure and Position Identification in Toroidal Plasmas (2018)
  • Author(s): K. Itoh, S.-I. Itoh, Y. Nagashima, T. Yamada, Y. Kosuga
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research - Review Articles Volume: 13 Pages: 1102113-1-16
  • DOI: DOI: 10.1585/ pfr.13.1102113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pioneering work before becoming mainstream research (2018)
  • Author(s): K. Ida
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1993 Pages: 020001-1-14
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5048711
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Abrupt excitation of energetic-particle-driven geodesic acoustic mode in the large helical device (2018)
  • Author(s): T. Ido
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1993 Pages: 020002-1-8
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5048712
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Where is the frontier for frontrunners? (2018)
  • Author(s): Kimitaka Itoh, and Sanae-I. Itoh
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1993 Pages: 020012-1-14
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5048722
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 大規模降雨の発生位置と空間伝搬の統計的性質 (2019)
  • Author(s): 佐々木真、荒川弘之、杉田暁、伊藤公孝
  • Organizer: 平成３０年度「問題複合体を対象とするデジタルアース共同利用・共同研究拠点」成果報告会
• [Presentation] Pedestal dynamics in inter-ELM phase on HL-2A tokamak (2018)
  • Author(s): J.Cheng, J.Q.Dong, K.Itoh, S.-I.Itoh, L.W.Yan,J.Q.Xu,M.Jiang, K.J.Zhao, Z.H.Huang,D.L.Yu, S. Inagaki, K.Ida, Z.B.Shi,W.L.Zhong, M.K.Han, Z.X.Wang, X.Q.Ji, Y.Liu, Q.W. Yang, X.T. Ding, M.Xu and X.R. Duan
  • Organizer: 27th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three Dimensional Structure of Streamer in Drift Wave Fluctuations (2018)
  • Author(s): T. Yamada, S. Inagaki, M. Sasaki, Y. Nagashima, F. Kin, H. Arakawa, T. Kobayashi, K. Yamasaki, N. Kasuya, Y. Kosuga, A. Fujisawa, K. Itoh, and S.-I. Itoh
  • Organizer: 2nd Asia-Paciffic Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research / Invited