2017 Fiscal Year Annual Research Report
Plasma Total Obseravation System (PLATOS) for puzzing out the principles of structur al formation and functional expression of turbulent plasmas
| Project/Area Number |
17H06089
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
藤澤 彰英 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (60222262)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井戸 毅 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (50332185)
稲垣 滋 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (60300729)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-25 – 2022-03-31
|
| Keywords | プラズマ乱流 / トモグラフィー / 重イオンビームプローブ / 乱流偏在 / 対称性の破れ / クロススケール結合 / 遠非平衡系 / 強非線形性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではプラズマ乱流統合観測装置PLATOを製作し世界初のプラズマ乱流場の大域精密計測を通して乱流プラズマの学理体系化を目指す。本課題は主体となるPLATO実験のほか、直線プラズマ装置PANTAでの乱流実験と理論シミュレーション研究からなる。
平成29年度はPLATOの製作に向けプラズマの平衡計算を実施し、真空容器、コイル（TF、PFD、PFQ、PFH、OH、F1、F２からなる）、コイル電源（TF、PFD、PFQ、PFH、OH用）の精密設計を行った。現時点（平成30年度末）までに（平成29年度予算によって）真空容器、TFを除くコイル電源が納入されている。（平成30年度予算にて）電源 (TF) も製作され現在納入されている。今後、コイルは平成30年度（繰越）予算により平成31年度10月に納入、当初より格段に信頼性の高いシステムの完成が期待される。平成29年度は直線プラズマ実験では乱流トモグラフィーのプロトタイプ開発が進展し空間分解能の高い２台目のシステムが完成し磁場方向２断面（現在３断面）での乱流観測に成功している。また乱流場の解析法の開発が進み3編の論文も出版されている。その他、Streamerと呼ばれる乱流が生成する構造がソリトンとしての性質を示すこと、またその輸送の弾道性を報告した成果が２編受理されている。前者はPhysics of Plasmasから出版されfeatured articleとして高い評価も受けている。理論シミュレーションの支援研究も直線プラズマおよびトロイダルプラズマに関連した成果が上がっている。特にケルビンヘルムホルツ型不安定性が引起こす構造形成に関する予測など直線装置実験で追求するべき課題、またトロイダルプラズマではGAMと呼ばれる帯状流と微視的乱流の相互作用に関して成果など10編ほどの論文も出版され今後PLATOにて追求すべき課題を提示している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
PLATO製作の進捗状況について述べる。PLATOはオリジナルな装置であり全ての構成要素は独自の設計を要する特注品である。そのため製作を開始する前に、再度プラズマの平衡計算を実施し、真空容器、コイル電源、コイルの設計と検討を行った。真空容器に関しては、プラズマ配位には多様な形状を有すものがある。その中に当初の真空容器形状では成立しないものがあり真空容器の大型化を決定した。コイル電源に関しては、計画書作成時点で想定されていたフライホイール発電機（東工大現有）を製作したメーカが撤退したため根本的な見直しが必要となったほか、コイル電源全般に渡る強化が余儀なくされた。その結果、一部の電源（TF）に自励式フライホイール発電機を用い、そのほかの電源（PFD、PFQ、PFH、OH）についてはコンデンサーを用いることが平成30年度に決定された。コイルについても形状精度や強度のより高いものが必要となり、信頼性の高い業者を選定した。その結果、すべてのコイル納入が完了するのは平成31年10月中旬となった。一方、支援研究である直線プラズマ実験ではPLATOで観測の主力となる乱流トモグラフィーのプロトタイプの開発は順調に進捗しており、直線プラズマ３断面での乱流観測システムが完成しているほか、学術的な成果が順調に上がっている。また理論シミュレーションの支援研究も上記のように成果が上がっている。
PLATO製作は、原案では平成31年末３月までに完了する予定であったが、現在では平成31年10月より組上げを開始し同年度12月に完成させる予定である。そのため、PLATO装置の製作には遅延が生じているが、当初の予定よりもシステム全体としては格段に信頼性が高く、精度の高い実験自体はより早期にできることも期待される。そのため全体としては「おおむね順調に進展している」とした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
上述のように、PLATO装置の製作自体は遅れているが、早期に精度の高い実験を行うことで実質的遅れを最小限に抑えるように努力する。平成31年10月中旬に真空容器、コイル電源、コイルが揃ったところで組立を開始し約２か月で完成する計画である。それまでの期間には、PLATO装置（真空、電源、ガス、データ収集）を制御する基幹ソフトウェアシステムを完成させ、組立とほぼ同時にプラズマを生成しデータを収集できるように綿密な準備を進めてゆく。また、PLATO本体部分の費用が当初予定より高額になったが、PLATOの主力計測トモグラフィーシステムについては、アンプとディジタイザー部分が一体となった低コストのシステムを開発中である。このシステムが完成すれば、科研費全体としては収支を合わせることが可能となり、計画調書通りに２断面多波長トモグラフィー（総計1500チャンネル）を実現することができると期待される。
一方、当初PLATOの建設期（平成30年度まで）には、直線プラズマ装置PANTAにおいて乱流場の観測に集中することが想定されていた。この方針に則りPLATO装置の完成までの平成31年度(令和2年)1月までの期間は、直線プラズマ装置PANTAにおける実験を集中的に実施する。現在PANTAでは乱流トモグラフィーによる磁場方向に異なる３断面の同時観測（世界に類を見ない準空間三次元計測）が可能となっている。このトモグラフィーシステムをフルに稼働させることで、非対称性が乱流プラズマに及ぼす基礎過程を研究する。理論シミュレーション研究は、現在、一般的なプラズマ乱流の研究を行なっている。平成31年度以降はPLATO実験に特化した形、例えばPLATOで実現されるプラズマ配位でどのような乱流場が実現されるかなどの予測など、その実験に指針を与える研究を行なってゆく。
|
