2019 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
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17H06089
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
藤澤 彰英 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (60222262)
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| 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)
飯尾 俊二 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90272723)
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| Project Period (FY) |
2017-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | プラズマ乱流 / 対称性の破れ / 大域性 / トモグラフィー / 重イオンビームプローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題で製作するプラズマ乱流観測装置PLATOのプラズマ生成部は令和元年度12月組立が完了した。令和2年1月にはコイルと電源の結線も終了し現在制御システムを構築中であるPLATO装置の主計測装置であるトモグラフィー（全1500チャンネルの多点計測）を可能とするため、オプティカルストリング、オプティカルフィードスルー、オプティカルロガーなどの構成部品を開発が終了した。今後、視線配置が決定したHα光とUV光については令和２年、X線の検出はシンチレータ(LGSO)を用い、PLATOプラズマでの発光波長領域を実測した後に完成させる。 重イオンビームプローブ(HIBP)については、、軌道計算とデザインが完了し、ハードウェアも揃っている。また、HIBPの新しい可能性として提案されていた密度分布計測法が過去（CHS装置）のデータを用い実証されている（A. Shimizu et al., Rev. Sci.Instrum. 2018）。PLATOでは有力な密度分布計測法となる。支援実験である直線装置PANTAのトモグラフィーデータを用いて乱流画像解析法の開発を行なっている。Stokes parametersを用いたプラズマの回転ダイナミクスの解析法（A. Fujisawa et al., Phys. Plasmas 2019）や局所解析に優れたFourier-Bessel級数に代わるFourier-Rectangular級数展開法などが開発されている（K. Yamasaki et al., J. Appl. Phys. 2019）。また、streamerに伴う輸送が弾道性を持ちその強さが冪則に従うことが明らかになり、トーラスプラズマで出現した場合、その突発性は極めて危険であることを示唆している（F. Kin et al. Phys. Plasmas 2019）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ほぼ本年度の予定通り12月にはプラズマ生成部本体の組立が無事完了した。コイルと電源の接続が完了し、令和２年1月―2月には通電試験が実施された。トロイダルコイルに関しては、目標とする生成磁場0.3 Tに対し、0.27 Tが達成されている。電子サイクロトロン共鳴を利用し、本年度3月27日にファーストプラズマを実現した。一方、ポロイダル電源に関してD、H、Qコイル電源のインバータの後段にあるスナバ回路の抵抗の不備が発覚している。メーカの責任で（コロナ問題で遅れが予想されるが）令和2年度の初めには、修理される見込みである。トモグラフィー については、真空容器外ファイバー、真空内支持構造物や基本的な部品が完成している。開発済みのオプティカルストリング制作後、すぐに計測を開始する。重イオンビームプローブについては、着実に準備が進みイオンガンおよびエネルギー分析器２台がPLATOプラズマ生成部に取り付けが開始されている。PLATO装置制作においては、充分な進展と成果が得られている。直線プラズマ装置実験では、３次元トモグラフィー システムも完成し稼働を始めている。ヘリコン波プラズマの生成に関しても知見を得ている。先に述べたように２次元画像解析法を開発し十分な成果を得ている。プローブを活用した物理実験としてもストリーマ現象の研究が一段の完結を見た。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁場閉じ込め核融合研究は、世界的には燃焼プラズマを志向する実証研究と、直線装置や研究室レベルの小型トーラスプラズマにおける磁化プラズマの基礎研究の二極化の時代となっている。本課題で建設中のPLATO装置はもちろん基礎研究を志向する装置で、極めて高い近接性、プラズマ形状の可変性、最先端乱流計測装置の装備など、いまだ世界に類を見ない最先端物理装置である。今後、プラズマ乱流場の世界初のトモグラフィー による２次元計測と重イオンビームプローブによる（離れた）２領域の観測により乱流場の対称性の破れと大域性を主題として研究を進めてゆく。一方、平成31年1月には、PLATO装置を中心として、日仏連携研究所（LIA）(France-Japan ITER Physics Laboratory: Basic Plasma Approach to ITER Physics)が発足している。PLATOでの乱流場の観測開始したのちにははLIAをはじめとした国際的な研究協力体制のもとプラズマ閉じ込めの学術研究分野において国際的に先導的な役割を果たしてゆく。また、乱流プラズマと共通に見られる天体や宇宙で起こる現象、例えば、ダイナモ、ジェット気流、乱流降着円盤中の異常輸送、太陽内部の速度不連続面の起源などに理解にも貢献すべく研究を進めてゆく。
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[Presentation] PANTA直線プラズマにおけるトモグラフィーとプローブ間信号比較2020
Author(s)
永島芳彦, 藤澤彰英, 山崎広太郎, 文贊鎬, 稲垣滋, 佐々木真, 小菅佑輔, 山田琢磨, 糟谷直宏, 井戸毅, 他10名
Organizer
日本物理学会第75回年次大会
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[Presentation] Flow helicity: could it be useful for fusion?2019
Author(s)
Y.Kosuga, M. Sasaki, Z.B. Guo, A. Fujisawa, S. Inagaki, K. Terasaka, F. Kin, T. Kobayashi, K. Itoh, S-I. Itoh, P.H. Diamond
Organizer
Festival de Theorie, 10th edition "Phase Dynamics"
Int'l Joint Research
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[Presentation] PLATO計画のための高時間分解トモグラフィー の開発－直線プラズマの非線形波動の観測2019
Author(s)
山崎広太郎, 藤澤彰英, 永島芳彦, 文贊鎬, 稲垣滋, 佐々木真, 小菅佑輔, 山田琢磨, 糟屋直宏, 井戸毅, 他8名
Organizer
日本物理学会2019秋季大会（物性）
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