2021 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental research of collisionless shock in an extremely high-beta magnetized plasma
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20H00143
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
浅井 朋彦 日本大学, 理工学部, 教授 (00386004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井 通暁 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00324799)
長山 好夫 核融合科学研究所, その他部局等, 名誉教授 (10126138)
高橋 俊樹 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (10302457)
岩本 弘一 日本大学, 理工学部, 教授 (30318357)
阿部 新助 日本大学, 理工学部, 准教授 (40419487)
高橋 努 日本大学, 理工学部, 教授 (50179496)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 無衝突衝撃波 / 高ベータプラズモイド / 粒子加速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙空間で生じる衝撃波は，多くの場合，粒子間衝突なく電磁場を介してエネルギー散逸が起こる無衝突衝撃波であり，天文学やプラズマ物理学における重要な研究課題である。宇宙空間では直接的な観測が限定されることから，実験室内に無衝突衝撃波を再現し局所情報と巨視的振る舞いを同時に捉えることで，その特性を検証することを目指している。本研究では，実験室で生成される磁場閉じ込めプラズマのうち最も高いベータ値を持ち，その内部の広い領域でβが100%を超えるFRCプラズマを，相対速度100 － 1000 km/sに加速・衝突させ生成される無衝突衝撃波を直接観測し，衝撃波解析の結果と比較検証することを目的とした。
令和３年度は，衝突時の相対速度>1000km/sを達成するため，モデルに放電回路を含んだ抵抗性MHDシミュレーションを用いて，コイル，集電板形状などの設計を完了，装置改造に必要な部品を調達した。また，衝撃波遷移層や衝撃波周辺の電磁場構造などを直接観測するため，プラズマ内部計測用の磁気プローブアレイ，静電プローブアレイ，ロゴスキープローブアレイを設計，製作し，性能評価を完了した。これらの成果はそれぞれ国際会議での発表や査読付き論文として報告された。
また，プラズマ中のイオンの速度分布や温度の空間分布を観測するため，イオンドップラー分光システムを設計，３月までに製作を終えた。現在，システムの調整と性能評価を進めており，令和４年度は，プラズマ生成装置の改造が完了次第，計測を開始する計画である。
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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
予定された計測器，実験装置の製作はほぼ予定通りに完了した。学生，大学院生の指導との兼ね合いから，年度末に計画していた装置の改造を次年度４月末ー５月に延期したが，研究計画全体には大きな影響はないものと思われる。ただし，半導体不足などの影響を受けて一部の実験材料や機器に納期の遅れが出ており，今後の実験遂行については注意が必要であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度は，昨年度までに製作が完了した計測器の性能評価を進めると共に，５月を目処に装置改造を終え，衝突時のプラズモイドの相対速度1000km/sの達成を目指す。
実験開始後は，開発したプラズマ内部計測用の磁気プローブアレイ，静電プローブアレイ，ロゴスキープローブアレイを設計，衝撃波遷移層や衝撃波周辺の電磁場構造などを直接観測を進める。
また，これらの観測における時系列データについて，機械学習などの手法を導入して解析を行うための準備を進める。
シミュレーションについては，3次元MHDシミュレーションの不連続面を含む解析への拡張と，ハイブリッドシミュレーションによる粒子の運動論的効果の影響の検証を進める計画である。
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Research Products
(24 results)
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[Journal Article] Overview of C-2W: High-temperature, steady-state beam-driven field-reversed configuration plasmas2021
Author(s)
H. Gota, M. W Binderbauer, T. Tajima, A. Smirnov, Sergei Putvinski, M. Tuszewski, S. Dettrick, D. Gupta, S. Korepanov, R. Magee, J. Park, T. Roche, J. Romero, E. Trask, X. Yang, P. Yushmanov, K. Zhai, L. Schmitz, Z. Lin, A. Ivanov, T. Asai, T. Baltz and J. Plat
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 61
Pages: 106039 (1-19)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Observation of self-organized FRC formation in a collisional-merging experiment2021
Author(s)
Tomohiko Asai, Daichi Kobayashi, Taichi Seki, Yasuaki Tamura, Tatsuhiro Watanabe, Naoto Sahara, Tsutomu Takahashi, Jordan Morelli, Hiroshi Gota, Thomas Roche, Richard Magee, Michl Binderbauer, Toshiki Tajima, Michiaki Inomoto and Toshiki Takahashi
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 61
Pages: 096032 (1-7)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] A Laboratory Astrophysical Project Toward Understanding Mysterious Fast Radio Bursts2022
Author(s)
Yoske Sumitomo, Tomohiko Asai, Shota Kisaka, Haruhisa Koguchi, Kazuhiro Kusaka, Ryotaro Yanagi, Yuma Onishi, Yasushi Hayakawa, Daichi Kobayashi, Shiomi Kumagai, Takeshi Sakai, Taichi Seki
Organizer
33rd International Symposium on Space Technology and Science, 10th Nano-Satellite Symposium & 14th IAA Low-Cost Planetary Missions Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Super-Alfvenic collision of extremely high-beta plasmoids for collisionless shock experiments2022
Author(s)
Taichi Seki, Tomohiko Asai, Daichi Kobayashi, Tsutomu Takahashi, Takamasa Kikuchi, Hiroshi Hasebe, Koichi Iwamoto, Shinichiro Ohnuki, Seiya Kishimoto, Jordan Morelli
Organizer
33rd International Symposium on Space Technology and Science, 10th Nano-Satellite Symposium & 14th IAA Low-Cost Planetary Missions Conference
Int'l Joint Research
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