Turbulent transport reduction induced by transition on radial electric field shear and curvature through amplitude and cross-phase in torus plasma

小林 達哉*; 伊藤 公孝*; 井戸 毅*; 神谷 健作*; 伊藤 早苗*; 三浦 幸俊; 永島 芳彦*; 藤澤 彰英*; 稲垣 滋*; 居田 克巳*

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.14971_1 - 14971_8, 2017/11

https://doi.org/10.1038/s41598-017-14821-y

Spatiotemporal evolutions of radial electric field and turbulence are measured simultaneously in the H-mode transition, which is a prototypical example of turbulence structure formation in high-temperature plasmas. In the dynamical phase where transport barrier is established abruptly, the time-space-frequency-resolved turbulent particle flux is obtained. Here we report the validation of the mechanism of transport barrier formation quantitatively. It is found that the particle flux is suppressed predominantly by reducing density fluctuation amplitude and cross phase between density fluctuation and potential fluctuation. Both radial electric field shear and curvature are responsible for the amplitude suppression as was predicted by theory. Turbulence amplitude reduction immediately responds to the growth of the radial electric field non-uniformity and saturates, while cross phase continuously approaches zero.

On the spatial structure of solitary radial electric field at the plasma edge in toroidal confinement devices

伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 神谷 健作; 糟谷 直宏*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(7), p.075008_1 - 075008_7, 2015/07

https://doi.org/10.1088/0741-3335/57/7/075008

分岐理論モデルに基づく孤立径電場構造に関して、トカマク及びヘリカル系プラズマの両者のプラズマ及び幾何学パラメータ依存性を理論的に調べた。その結果、理論的に予想される径電場のオーダーはトカマクのHモードプラズマにおける実験値と良い一致が得られた。一方ヘリカルでは、リップル損失輸送によって径電場のピーク値は低減する一方、その幅は大きく影響を受けないことが分かった。本論文では、Hモードペデスタル部の到達可能な圧力勾配限界値についても論じている。

Spatiotemporal structures of edge limit-cycle oscillation before L-to-H transition in the JFT-2M tokamak

小林 達哉*; 伊藤 公孝*; 井戸 毅*; 神谷 健作; 伊藤 早苗*; 三浦 幸俊; 永島 芳彦*; 藤澤 彰英*; 稲垣 滋*; 居田 克巳*; et al.

Physical Review Letters, 111(3), p.035002_1 - 035002_5, 2013/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.035002

本研究では、JFT-2Mトカマク装置における重イオンビームプローブ計測によるプラズマ空間電位と乱流揺動の高速、高空間分解能での同時計測に基づく実験研究である。LH遷移前に観測されるリミットサイクル振動における乱流揺動の時空間ダイナミックスについて報告する。帯状流はリミットサイクル振動発生時には観測されず、周辺部の平均的なプラズマ流が輸送障壁の過渡的な形成と崩壊とともに観測された。レイノルズストレス振動は極めて小さく、リミットサイクル振動に伴うプラズマ流の駆動機構には寄与していない。密度勾配と乱流揺動の強度がプラズマコア部へ弾道的に伝搬することが観測され、Hモード遷移後のプラズマコア部における速い輸送の変化と関係していることが示唆された。

高レベル及びTRU廃棄物地層処分の性能評価のためのJAEA熱力学データベース; コバルト及びニッケルの熱力学データ選定

北村 暁; 桐島 陽*; 斉藤 拓巳*; 澁谷 早苗*; 杤山 修*; 油井 三和

JAEA-Research 2009-037, 91 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-037.pdf:4.04MB

高レベル放射性廃棄物及びTRU廃棄物の地層処分の性能評価に用いるための熱力学データベースの整備の一環として、コバルト及びニッケルの熱力学データ選定を実施した。コバルトについては、熱力学データが報告されている文献の調査を広範囲に行うとともに、各化学種の熱力学データの選定のために文献の詳細なレビューを行った。ニッケルについては、経済協力開発機構原子力機関(OECD/NEA)が公開している熱力学データベースの内容を精査したうえで、最新の文献調査を行うとともに、各化学種の熱力学データの選定を行った。地層処分における地下水条件のもとで存在の可能性がある化学種でありながら、これらの調査でそのデータが欠落しているものについては、ニッケルとコバルトは化学挙動が類似していると考えられることを利用して、熱力学データを推定してデータベースの補完を行った。

In search of zonal flows by using direct density fluctuation measurements

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 矢木 雅敏*; 星野 克道; 篠原 孝司; 江尻 晶*; 高瀬 雄一*; 井戸 毅*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 49(10), p.1611 - 1625, 2007/10

https://doi.org/10.1088/0741-3335/49/10/002

トカマクプラズマ中に存在するドリフト波乱流が帯状流により変調されるとドリフト波の包絡線の振動数は帯状流の振動数付近でスペクトルピークを持つことがわかった。これを利用した帯状流の探索についてJFT-2Mにおける静電プローブの実験データに基づき検討した。その結果将来の燃焼プラズマにもマイクロ波反射計などを用いればプラズマ内部の帯状流探索ができる可能性があることを示した。

Advanced studies by using the geodesic acoustic mode measurements; Experimental identification of the separatrix location and search for zonal flows from the envelope of turbulent density fluctuations

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 藤澤 彰英*; 伊藤 早苗*; 矢木 雅敏*; 星野 克道; 篠原 孝司; 井戸 毅*; 三浦 幸俊; 江尻 晶*; et al.

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 31F, 4 Pages, 2007/00

http://epsppd.epfl.ch/Warsaw/pdf/P2_047.pdf

トカマクプラズマ中の流れである帯状流の測定を利用し、最外殻磁気面位置を測定する方法と、乱流密度揺動の測定により帯状流の性質を検証する方法についての最新成果について発表する。測地音波と呼ばれる振動帯状流は、閉じた磁気面の内部にのみ存在することを利用し最外殻磁気面の位置を測定でき、磁場平衡解析と比較して一致を得た。また、乱流密度揺動の包絡線が測地音波周波数で変調されていることを利用し乱流密度揺動のデータから帯状流の性質についてドリフト波-帯状流理論との比較を行い初期的整合性が得られた。

Observation of coherent bicoherence and biphase in potential fluctuations around geodesic acoustic mode frequency on JFT-2M

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 星野 克道; 藤澤 彰英*; 江尻 晶*; 高瀬 雄一*; 矢木 雅敏*; 篠原 孝司; 上原 和也; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(5A), p.A377 - A386, 2006/05

https://doi.org/10.1088/0741-3335/48/5A/S38

JFT-2M周辺部で観測された低周波(1kHz),高周波(10-15kHz)、及び背景乱流の電位揺動に関するバイスペクトル解析と包絡線の変調解析について発表する。低周波揺動,高周波揺動はそれぞれ低周波帯状流と測地音波モードと推定している。高周波揺動のみならず低周波揺動も背景乱流と三波相互作用していることをバイコヒーレンス(非線形結合度),バイフェーズ,包絡線変調関係から明示できた。見かけ上、高周波揺動の低周波揺動による振幅変調が示唆されたが、両者間のバイコヒーレンスは小さく、変調関係が結論づけられないことが判明した。すなわち、非線形相互作用は、帯状流-帯状流系に対しては存在しないか、存在しても線形であるという描像が推定される。顕著な非線形相互作用は、乱流-帯状流系に対してのみ起きていることを明らかにした。

Bispectral analysis applied to coherent floating potential fluctuations obtained in the edge plasmas on JFT-2M

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 星野 克道; 高瀬 雄一*; 矢木 雅敏*; 江尻 晶*; 居田 克巳*; 篠原 孝司; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(4), p.S1 - S15, 2006/04

https://doi.org/10.1088/0741-3335/48/4/S01

JFT-2Mトカマクのオーミック加熱プラズマの浮遊ポテンシャル揺動にバイスぺクトル解析を適用した結果について述べる。最外殻磁気面の内側で浮遊電位揺動中に帯状流の一種と考えられている測地的音波の周波数を持つコヒーレントなモードが観測された。二乗バイコヒーレンスの計算によりそのコヒーレントな揺動と背景揺動(ドリフト波乱流揺動を含むと推定)の間に有意な非線形結合が示された。全バイコヒーレンスは、コヒーレントなモードの振幅の2乗に比例していること、及びコヒーレントなモードは一定値のバイフェイズを持つことなどの測定結果は、長谷川-三間モデルによるドリフト波-帯状流系の理論的予測と整合することがわかった。

Observation of nonlinear processes between coherent fluctuations and turbulent fluctuations in the edge regions of JFT-2M and CHS

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 星野 克道; 永岡 賢一*; 江尻 晶*; 高瀬 雄一*; 矢木 雅敏*; 篠原 孝司; et al.

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 30I, 4 Pages, 2006/00

http://epsppd.epfl.ch/Roma/pdf/P4_135.pdf

JFT-2MトカマクとCHS装置でのプラズマ乱流の非線形過程についての解析結果を報告する。いずれの装置でも、揺動測定は、静電プローブで行い、測定データをバイスペクトル解析で調べた。JFT-2Mのジュールプラズマのポテンシャルのデータ解析から得られた、測地的音波モードと乱流揺動の三波相互作用によるバイコヒーレンスとバイフェイズは、帯状流とドリフト波の相互作用の理論モデルから得られる値と一致することがわかり、観測された揺動の解析から明らかになった非線形相互作用は、この帯状流とドリフト波の相互作用によるものと推定される。また、CHSプラズマのHモード中の揺動解析から、特徴的に見られるMHD磁場揺動と密度乱流揺動に顕著な非線形相互作用を観測した。この密度揺動とポテンシャル揺動の相互バイスペクトラムから、揺動粒子束とMHD揺動は関連を持つことを明らかにした。以上のように両装置の揺動データ解析により、周辺プラズマの非線形過程の解明を進めた。

Evidence for a toroidal-momentum-transport nondiffusive term from the JFT-2M tokamak

居田 克巳*; 三浦 幸俊; 松田 俊明; 伊藤 公孝; 秀熊 茂*; 伊藤 早苗*; JFT-2Mグループ

Physical Review Letters, 74(11), p.1990 - 1993, 1995/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.74.1990

NBI入射をCoからCあるいはCからCoに入れ変えてトロイダル回転分布の時間変化をC不純物のCXRS測定により行った。測定結果とNBIによる運動量入射量(モンテカルロ計算)から運動量フラックスを評価した。CoからCあるいはCからCoにNBIを切り替えると、その過程でd(mnv)/dr=0となるが評価したフラックス()はゼロになっていない。このことから=(mnv)/r+となる非拡散項が存在することを示した。