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論文

Simulation of discharge in insulating gas from initial partial discharge to growth of a stepped leader using the percolation model

佐々木 明; 加藤 進*; 高橋 栄一*; 岸本 泰明*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*

Japanese Journal of Applied Physics, 55(2), p.026101_1 - 026101_10, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.08(Physics, Applied)

放電の確率的な振る舞いを再現するパーコレーションモデルによるシミュレーションについて述べる。放電領域をマクロ的なセルに分割し、それぞれが絶縁体か導体かのいずれかの状態にあることを確率的に決定し、セルが構成するメッシュ上で回路方程式を解く方法で、電場や電流の構造の時間発展を計算した。空間の静電容量及び、各場所の電離のダイナミクスを考慮することと、電離領域の生成、消滅の確率を、電界や電流密度の大きさで重み付けすることで、印加電界の効果や媒質の特性を考慮した。電極・ストリーマ先端の電離と、媒質内部のランダムな電離の両方が放電の構造形成に重要な役割を持つことがわかった。計算は、電圧印加後、部分放電が起こるタイムラグがあって、そののちにステップドリーダが成長して短絡する様相を再現することができた。

論文

Perspective of negative triangularity tokamak as fusion energy system

菊池 満; Medvedev, S.*; 滝塚 知典*; Fasoli, A.*; Wu, Y.*; Diamond, P. H.*; Duan, X.*; 岸本 泰明*; 花田 和明*; 他41名*

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 39E, p.P4.179_1 - P4.179_4, 2015/06

核融合炉における熱粒子制御は挑戦的課題である。定常的な熱負荷とエルムによる過渡的熱負荷を緩和する新しい方策として負三角度トカマクを評価している。これまで、負三角度は磁気丘であるにもかかわらず、ダブルヌルでは炉に使えるレベルの規格化ベータ値3以上が安定であることを見いだしている。本論文では、シングルヌル平衡配位とその理想電磁流体安定性を報告する。

論文

A Possible breakthrough of power handling by plasma shaping in tokamak

菊池 満; Fasoli, A.*; 滝塚 知典*; Diamond, P. H.*; Medvedev, S.*; Wu, Y.*; Duan, X.*; 岸本 泰明*; 花田 和明*; Pueschel, M. J.*; et al.

Proceedings of 8th IAEA Technical Meeting on Steady State Operation of Magnetic Fusion Devices (CD-ROM), 20 Pages, 2015/05

D型形状でHモード運転の標準的なトカマクは優れた閉じ込め性能を示すものの、過渡的、定常的な熱負荷の問題で大きな課題を持っている。これらを解決する方法として将来を見据えた幅ひろい考え方として形状制御を用いて熱制御を緩和する方式について講演する。

論文

Single-shot observation of growing streamers using an ultrafast camera

高橋 栄一*; 加藤 進*; 古谷 博秀*; 佐々木 明; 岸本 泰明*; 高田 健司*; 松村 哲*; 佐々木 裕康*

Journal of Physics D; Applied Physics, 44(30), p.302001_1 - 302001_4, 2011/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:75.1(Physics, Applied)

毎秒$$10^8$$フレームで撮像できる超高速度カメラにより、アルゴン中の正極性ストリーマの進展の観測を行った。このカメラを用いると、ショットごとの再現性によらずストリーマの時間発展の観測が行える。ストリーマの分枝の成長や、リターンストロークへの転化の観測を行った結果を報告する。

論文

Statistical characteristics of ITG-driven turbulence dominated by zonal flows

松本 太郎; Li, J.*; 岸本 泰明*

Fusion Science and Technology, 60(1T), p.75 - 79, 2011/07

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

トカマクをはじめとする磁場閉じ込めプラズマでは、さまざまな時定数及び特徴的長さを持つ乱流揺動と、それによって二次的に生成される帯状流(zonal flows)と呼ばれる層流が、多様な揺らぎの構造を形成し、輸送現象に影響を及ぼしている。このような乱流が支配する輸送の解析には、シミュレーションによる再現とともに、乱流の特性をさまざまな側面から特徴付けることが必要である。カオス時系列解析では、揺動の時系列データ含まれる乱れ(irregularity)を生じさせる原因が、誤差や衝突的統計性(ランダム)に起因するのではなく、力学系に内在する非線形性に起因するとの観点から、系の特徴付けを行う。本研究では、ジャイロ流体モデル(1,2)と呼ばれる運動論的効果を取り入れた流体モデルを用いて、微視的不安定性であるイオン温度勾配(ITG)モードの3次元スラブ配位シミュレーションを行い、異なる温度勾配とそれに伴って変化する帯状流強度の下で、電場の揺動から得られる相関次元及びリヤプノフ指数の特性を示す。

論文

Controlling branching in streamer discharge by laser background ionization

高橋 栄一*; 加藤 進*; 佐々木 明; 岸本 泰明*; 古谷 博秀*

Journal of Physics D; Applied Physics, 44(7), p.075204_1 - 075204_6, 2011/02

 被引用回数:15 パーセンタイル:35.96(Physics, Applied)

KrFレーザー照射によってアルゴンガス中のストリーマの分枝を制御する実験を行った。レーザー照射によってストリーマ前面の背景の電離状態が変わる様子を、電離電流を測定することによって解析した。鳥の羽根状のストリーマの構造の生成機構について検討したところ、レーザー照射領域において、背景ガスの電離密度が5$$times$$10$$^{5}$$/cm$$^{3}$$以上になるとストリーマの分枝が抑制されることがわかった。ストリーマの分枝の機構を、Loeb-Meekのモデルによる、個々の電子なだれの合流の考えに基づいて検討した。

論文

Percolation simulation of laser-guided electrical discharges

佐々木 明; 岸本 泰明*; 高橋 栄一*; 加藤 進*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*

Physical Review Letters, 105(7), p.075004_1 - 075004_4, 2010/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:36(Physics, Multidisciplinary)

パーコレーションモデルによるレーザーガイド放電の3次元シミュレーションについて述べる。ストリーマ先端の逐次的な進展と、逃走電子によるランダムな電離を考慮するモデルにより、超短パルスレーザー照射によって、予備生成したプラズマチャネルに沿って起こす放電の確率的な振舞,遠回りや枝分かれを伴う放電路の形成をよく再現することを示す。プラズマチャネルにおける導電性領域の割合がガイディングの成否の確率に与える効果についても考察する。

論文

Ionization dynamics of cluster targets irradiated by X-ray free-electron-laser light

中村 龍史; 福田 祐仁; 岸本 泰明*

Physical Review A, 80(5), p.053202_1 - 053202_6, 2009/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:38.94(Optics)

X線自由電子レーザー(XFEL)とクラスターターゲットとの相互作用について3次元粒子シミュレーションを用いて解析を行った。内殻励起イオン化,オージェーイオン化,衝突イオン化及び電界イオン化に加えて、プラズマダイナミクスを考慮することでターゲットのイオン化ダイナミクスの詳細について考察した。XFEL強度が$$sim10^{21}$$photons/pulse/mm$$^2$$をこえると、電界イオン化によりターゲットが短時間にイオン化される。ターゲットのイオン化を定量的に評価することで、ターゲット損傷を抑えイメージングを可能にするためのXFEL強度を明らかにした。

論文

パーコレーションと電気回路を組合せたモデルによる、枝分かれ、遠回りする放電路の形成のシミュレーション

佐々木 明; 高橋 栄一*; 加藤 進*; 岸本 泰明*

電気学会パルスパワー/放電合同研究会資料(PPT-09-95, ED-09-139), p.9 - 13, 2009/10

EUV光源などでも用いられる、高圧気体放電の新しいモデルについて発表する。放電を用いた光源等において、均一なプラズマを生成することが重要となっているが、ランダムパーコレーションと、電界回路とを組合せたモデルによって、放電路が枝分かれや遠回りする特性を再現できることを示す。これまで解析困難とされていた、放電が突然発生し、複雑な構造を持つ特徴を、相転移現象の一つとして取り扱う可能性について議論し、得られた結果をMHDモデルなどによる放電のシミュレーションの初期条件として用いる可能性について検討する。

論文

Multi-scale transport dynamics dominated by multiple dissipation mechanisms near the critical gradient

岸本 泰明; 三木 一弘*; Li, J. Q.*; 宮戸 直亮; Wang, Z. X.*; Anderson, J.*

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10

測地的音響モード(GAM)成長間欠性と呼ばれる、無衝突GAM減衰による新しいクラスの遷移輸送がランダウ流体シミュレーションに基づき発見された。ここでは、この成長する間欠性の基本的性質を理解するために新しいプレデター-プレイモデルを提出する。また、帯状流の衝突減衰を考慮することによりシミュレーションモデルの拡張も行う。2種類の減衰機構の混合により、この間欠性は再帰的に衝突(あるいは輸送)の時間スケールに及ぶ帯状流の複雑なエンベロープ変調を伴いながら現れることがわかった。さらに、1つの散逸機構として働く、臨界勾配近くの帯状圧力の効果も調べた。これら複数の散逸機構は互いに結合し、長い時間スケールにわたってプラズマに複雑な動的輸送を引き起こすことがわかった。

論文

Gyrofluid simulation on the nonlinear excitation and radial structure of geodesic acoustic modes in ITG turbulence

Li, J. Q.*; 岸本 泰明; 宮戸 直亮; 三木 一弘*; Anderson, J.*; Shi, B. R.*

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012027_1 - 012027_11, 2008/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:47.44

トカマクプラズマ中の測地的音響モード(GAM)の非線形励起と飽和及びその径方向構造を新規に開発したジャイロ流体モデルを用いて調べる。第一にイオン温度勾配(ITG)揺動とGAMについての従来の3場ジャイロ流体モデル化に対する経験的クロージャー関係を提出する。帯状流の減衰について理論的予測や他の運動論的計算と比較することによって正確に調べられる。それから局所コード及びそのグローバル版がITG乱流によるGAMの非線形励起シミュレーションに用いられる。これによりGAM不安定性が非線形駆動と無衝突減衰との競合の下で非線形的に励起されることが発見される。GAM不安定性に対するポンプ波の振幅の閾値は帯状流不安定性のそれよりも高い。一方、不安定なGAMはおもにランダウ減衰により飽和する。これは静的な帯状流とは異なる。さらにGAMの径方向構造が$$k_rrho_ileq 1.0$$であることが示される。これは純粋な帯状流のそれよりも短い。

論文

放電・雷における原子・分子過程のモデル化

加藤 進*; 高橋 栄一*; 佐々木 明; 岸本 泰明*

プラズマ・核融合学会誌, 84(8), p.477 - 483, 2008/08

原子・分子過程をモデル化する目的は、力学系としての巨視的なプラズマ挙動の決定と状態の観測の2つに大別できる。大気圧下での分枝構造を持ったストリーマ放電を中心に、巨視的なプラズマ挙動の決定するために用いられている標準的な連続体モデルと巨視的な輸送係数における原子・分子過程のモデル化の役割とその手法を述べる。特に、初期電子生成に重要となる光電離過程について詳しく論じる。最後に分枝構造を取り扱う手法を述べる。

論文

Dynamics of turbulent transport dominated by the geodesic acoustic mode near the critical gradient regime

三木 一弘*; 岸本 泰明; Li, J.*; 宮戸 直亮

Physics of Plasmas, 15(5), p.052309_1 - 052309_14, 2008/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:53.36(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクプラズマ中のトロイダルイオン温度勾配乱流とそれに関連した臨界勾配近傍での輸送に対する測地的音響モード(GAM)の効果がグローバルランダウ流体シミュレーションと拡張predator-preyモデル解析に基づき調べられる。GAMの放射や伝播を伴った新しいタイプの輸送の間欠的現象(GAM間欠性)が見つかった。このGAMは伝播している間、無衝突減衰を受け非局所的に乱流エネルギーを輸送する。静的帯状流は繰り返される準周期性の間欠的バーストの非減衰残存部分の蓄積によって徐々に強まり、やがて乱流を抑える。これは線形の臨界勾配の非線形な上方シフト、いわゆるDimitsシフトにつながる。この過程は新しいクラスの過渡現象に分類され、成長する間欠性と呼ばれる。GAMの無衝突減衰を含む拡張された最小predator-preyモデルが提案される。これは成長する間欠性の主要な特徴を再現し、シミュレーションで観測されるさまざまな時間スケールを近似的に予測する。

論文

A Model of GAM intermittency near critical gradient in toroidal plasmas

三木 一弘*; 岸本 泰明; 宮戸 直亮; Li, J. Q.*

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012028_1 - 012028_14, 2008/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:15.42

トロイダルランダウ流体シミュレーションで観測された測地的音響モード(GAM)に関連した乱流の成長する間欠性を記述する4場最小モデルを構築した。その間欠的ダイナミクスはこのモデルによってシミュレーションに用いられた代表的なパラメータについてよく再現される。このモデルはGAMに関連した乱流輸送のより多くの特徴,乱流の完全な消滅につながる単一のバーストや定常帯状流とGAMと混合した定常乱流なども再現することができる。4次元相空間において固定点まわりの解の軌跡の振舞いを解析することにより、このモデルの幅広い特徴を調べ、別の固有状態に対応するDimitsシフトと定常乱流領域との間の分岐特性を同定する。

論文

Intermittent transport associated with the geodesic acoustic mode near the critical gradient regime

三木 一弘*; 岸本 泰明; 宮戸 直亮; Li, J. Q.*

Physical Review Letters, 99(14), p.145003_1 - 145003_4, 2007/10

 被引用回数:31 パーセンタイル:19.28(Physics, Multidisciplinary)

イオン温度勾配乱流のグローバルランダウ流体シミュレーションと拡張型プレデター-プレイ理論モデルに基づく、トロイダルプラズマの乱流輸送研究により、geodesic acoustic mode(GAM)の励起と伝搬に関連した新しいタイプの間欠的輸送現象が臨界勾配領域近傍で発見された。これをGAM間欠性と呼ぶが、この間欠性はそのトリガー,減衰及び反復のプロセスにおける新しい時間スケールによって特徴付けられる。間欠的バーストの反復の間、静的な帯状流はゆっくりとした時間スケールで増加して、徐々に乱流を抑制する。このような動的な過程を通して臨界勾配の非線形上方シフト、いわゆるDimitsシフトに至ると考えられる。

論文

Turbulence suppression in the neighbourhood of a minimum-$$q$$ surface due to zonal flow modification in reversed shear tokamaks

宮戸 直亮; 岸本 泰明; Li, J. Q.*

Nuclear Fusion, 47(8), p.929 - 935, 2007/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:67.72(Physics, Fluids & Plasmas)

反転磁気シアトカマク中の帯状流の振る舞いと、それが乱流輸送に及ぼす影響を静電イオン温度勾配駆動乱流のグローバル流体シミュレーションによって調べた。安全係数が高いとき、Geodesic Acoustic Mode(GAM)と呼ばれる時間的に振動する帯状流が支配的で、安全係数が最小の領域でさえ、乱流輸送が大きいことがわかった。一方、安全係数がGAMが減衰するほど低いと安全係数が最小となる領域、とりわけ磁力線方向のイオン音波の周波数が最大となる半径の近傍で乱流輸送が減少する。この帯状流の振る舞いの違いが乱流輸送の違いを生み、反転磁気シアトカマクにおけるイオンの内部輸送障壁形成の引き金になる可能性がある。

論文

Characteristics of ETG-driven turbulence dominated by zonal flows

松本 太郎; Li, J.*; 岸本 泰明*

Nuclear Fusion, 47(8), p.880 - 885, 2007/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:80.41(Physics, Fluids & Plasmas)

高温トカマクプラズマにおける乱流状態では、さまざまな時定数及び特徴的長さを持つ渦構造が生成と消滅を繰り返すとともに、温度及び磁場構造の空間分布等のパラメーターに依存して副次的に大規模な渦構造等を生成し、これらが相互作用して輸送過程を支配している。本研究では、このような時空間スケールが異なる揺らぎが混在しているトカマクプラズマの輸送機構の解明を目的として、先進プラズマ研究開発ユニットで推進している数値トカマク(NEXT)研究の一環として電子温度駆動型乱流のジャイロ流体シミュレーションを行い、乱流揺動,帯状流、及び大規模渦構造が混在する系の温度依存性を明らかにするとともに、そこで計測される乱流揺動の統計的性質を系統的に解析した。特に、磁場変化が小さく温度勾配が大きいプラズマでは、帯状流と呼ばれる層流が半径方向に交互に生成されるため、乱流輸送の微視的な低減機構は、電場と圧力揺動とのコヒーレンスの減少及び位相の同調という二つの異なる素過程に起因することを明らかにした。

論文

Progress in the ITER physics basis, 2; Plasma confinement and transport

Doyle, E. J.*; Houlberg, W. A.*; 鎌田 裕; Mukhovatov, V.*; Osborne, T. H.*; Polevoi, A.*; Bateman, G.*; Connor, J. W.*; Cordey, J. G.*; 藤田 隆明; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S18 - S127, 2007/06

本稿は、国際熱核融合実験炉(ITER)の物理基盤に関し、プラズマ閉じ込めと輸送に関する最近7年間(1999年に発刊されたITER Physics Basis後)の世界の研究の進展をまとめたものである。輸送物理一般、プラズマ中心部での閉じ込めと輸送,Hモード周辺ペデスタル部の輸送とダイナミクス及び周辺局在化モード(ELM)、そして、これらに基づいたITERの予測について、実験及び理論・モデリングの両面から体系的に取りまとめる。

論文

Interplay between zonal flows/GAMs and ITG turbulence in tokamak plasmas

宮戸 直亮; 岸本 泰明; Li, J. Q.*

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

トカマクプラズマ中の帯状流の振舞いと、それが乱流輸送に及ぼす影響を静電的なイオン温度勾配駆動乱流のグローバル流体シミュレーションによって調べた。高安全係数領域で現れるGeodesic Acoustic Mode(GAM)と呼ばれる、時間的に振動する帯状流はプラズマの小半径方向に同一の周波数を持つという非局所性を示す。正磁気シアトカマクにおいて$$rho_*=rho_i/a$$($$rho_i$$はイオンのラーモァ半径,$$a$$はプラズマの小半径)を変化させたシミュレーションを行い、非局所性を特徴づける長さ$$Delta r$$$$sqrt{rho_i a}$$に比例することを明らかにするとともに、GAMが支配的な高輸送領域と静的帯状流が支配的な低輸送領域とをつなぐ領域の長さが$$Delta r$$と関係があることを示した。また、反転磁気シアプラズマにおける帯状流の振る舞いについても明らかにした。

論文

Statistical characteristics of turbulent transport dominated by zonal flow dynamics

松本 太郎; 岸本 泰明; Li, J.*

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

高温トカマクプラズマでは、さまざまな時定数及び特徴的長さを持つ乱流揺動と、それによって二次的に生成される帯状流及び一般化ケルビンヘルムホルツ等の大きな乱流構造とが、相互作用しつつ輸送過程に影響を及ぼす。このような時空間スケールが異なる揺らぎが混在している系における輸送の解析には、シミュレーションによる再現とともに、それらの揺らぎの特性をさまざまな側面から同定し、特徴付けることが重要である。本研究では、ジャイロ流体モデルを用いた電子温度勾配モード乱流の3次元スラブ配位シミュレーションを行い、異なる磁場及び温度勾配の条件の下で、帯状流の形成や間歇的な熱流束等の輸送特性と、揺動から得られる相関次元との関係を明らかにした。また、電場と圧力揺動とのクロススペクトル解析から、帯状流による乱流輸送の低減が、異なる二つの素過程に起因することを明らかにした。さらに、バイスペクトル解析から、帯状流に支配され乱流におけるモード間のエネルギー輸送に関して、一般化ケルビンヘルムホルツモードが主要な役割を担っていることを明らかにした。

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