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論文

Effect of strong gravitational field on oriented crystalline perovskite-type manganese oxide La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$

徳田 誠*; 真下 茂*; Khandaker, J. I.*; 緒方 裕大; 峯 洋二*; 速水 真也*; 吉朝 朗*

Journal of Materials Science, 51(17), p.7899 - 7906, 2016/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.2(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the effect of a strong gravitational field on oriented crystalline perovskite-type manganese oxide La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$ (LSMO). A strong gravitational field can change in crystalline state and the enhancement of usual diffusion. We subjected oriented crystalline La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$ with different grain and grain-boundary (GBs) Sr concentrations to a strong gravitational field and investigated the resulting changes in the A-site cation diffusion and physical properties of the material. The quantitative analysis at the grain and GBs indicated that cation diffusion was more enhanced than the annealed one. The temperature dependence of the magnetic susceptibility of the gravity samples changed with the Sr concentration in the grains. The temperature dependence of the resistivity curves of the gravity sample showed several abrupt changes, which corresponded to phase transitions at the grains and GBs, which may be caused by composition changes.

論文

Influence of sedimentation of atoms on structural and thermoelectric properties of Bi-Sb alloys

Januszko, K.*; Stabrawa, A.*; 緒方 裕大; 徳田 誠*; Khandaker, J. I.*; Wojciechowski, K.*; 真下 茂*

Journal of Electronic Materials, 45(3), p.1947 - 1955, 2016/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:18.51(Engineering, Electrical & Electronic)

Functionally graded thermoelectric materials (FGTMs) have been prepared by sedimentation of atoms under a strong gravitational field. Starting samples of Bi$$_x$$Sb$$_{1-x}$$ alloys with different composition x were synthesized by melting of metals and subsequent annealing of quenched samples. Strong gravity experiments were performed in a unique ultracentrifuge apparatus under acceleration of over 0.5$$times$$10$$^6$$ G at temperatures of 538 K and 623 K. As a result of sedimentation, large changes in chemical composition (x = 0.45 to 1) were obtained. It was found that the changes in chemical composition were correlated with alterations of the Seebeck coefficient. The obtained experimental data allowed the development of a semiempirical model for the selection of optimal processing parameters for preparation of Bi-Sb alloys with required thermoelectric properties.

論文

Diffusion phenomenon at the interface of Cu-brass under a strong gravitational field

緒方 裕大*; 井口 裕介*; 徳田 誠*; Januszko, K.*; Khandaker, J. I.*; 小野 正雄; 真下 茂*

Journal of Applied Physics, 117(12), p.125902_1 - 125902_6, 2015/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:32.7(Physics, Applied)

To investigate diffusion phenomenon at the interface between Cu and brass under a strong gravitational field generated by ultracentrifuge apparatus, we performed gravity experiments on samples prepared by electroplating with interfaces normal and parallel to the direction of gravity. For the parallel-mode sample, for which sedimentation cannot occur thorough the interface, the concentration change was significant within the lower gravity region; many pores were observed in this region. Many vacancies arising from crystal strain due to the strong gravitational field moved into the lower gravity region, and enhanced the atoms mobilities. For the two normal-mode samples, which have interface normal to the direction of gravity, the composition gradient of the brass-on- Cu sample was steeper than that for Cu-on-brass. This showed that the atoms of denser Cu diffuse in the direction of gravity, whereas Zn atoms diffuse in the opposite direction by sedimentation. The interdiffusion coefficients became higher in the Cu-on-brass sample, and became lower in the brass-on-Cu sample. This rise may be related to the behavior of the vacancies.

論文

Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 大山 直幸; 小島 有志; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

Nuclear Fusion, 51(7), p.073012_1 - 073012_9, 2011/07

トカマクプラズマにおいて、トロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。特に、ELMに対して重要と考えられる中間波長MHDモードの安定性は、この不安定化機構と回転シアによる局所的なドップラーシフトから生じる安定化との兼ね合いで決まっていることを示した。これらの理解の元に、JT-60Uプラズマにおけるtype-I ELMy H-modeプラズマの数値実験解析を行い、プラズマ回転によりELMの性質が変化している放電の比較から、プラズマ回転によるMHDモードの不安定化が重要な役割を果たしていることを明らかにした。

論文

Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 大山 直幸; 小島 有志; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

Nuclear Fusion, 51(7), p.073012_1 - 073012_9, 2011/07

 被引用回数:19 パーセンタイル:67.23(Physics, Fluids & Plasmas)

type-I ELMの原因である周辺MHD安定性に対するプラズマ回転が与える影響の物理機構について、新たな定義のポテンシャルエネルギーを導入することで議論した。それにより、トロイダル方向の差動回転により周辺MHDモードが不安定化する原因は、不安定モードの振動数とプラズマの回転周波数との間のずれであることを明らかにした。また、この不安定化効果は不安定モードが比較的短波長である場合により有効であることも新たに示した。この理解をもとに、新たにポロイダル方向の回転を考慮した解析を行い、その結果、プラズマがトロイダル・ポロイダルのどちらにも回転している場合、回転が安定性に与える影響が回転の向きによって変化することを示した。この傾向は、JT-60Uで実験的に確認されている"プラズマのトロイダル回転方向に対するELMの性質の依存性"を説明しうるものである。

論文

Wave-action conservation law for eigenmodes and continuum modes

廣田 真; 徳田 伸二*

Physics of Plasmas, 17(8), p.082109_1 - 082109_11, 2010/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:29.99(Physics, Fluids & Plasmas)

準定常な平衡状態における固有モードや連続モードに対し、波の作用の不変性を一般的な枠組みにおいて詳しく調べた。この枠組みは理想磁気流体力学系やVlasov-Maxwell系を含んでいる。変分原理に対する平均化法を駆使することにより、それぞれのモードに相当する波の作用は、その振動数(スペクトル)が他のものと十分に孤立していれば保存することを示した。一方で、振動数が近いモード間では波の作用の保存的な交換が起こりうる。この一般的な保存則の応用例として、固有モードと連続モードの共鳴が引き起こすランダウ減衰(又は成長)を考察した。減衰率(又は成長率)は連続スペクトルの線幅(=位相混合の速さ)と密接に関係しており、これは波の作用の保存則を課すことによって見積もることができる。これにより、分散関係式の解析接続を用いる従来の手法とは別の観点から減衰/成長率を評価できる。

論文

Destabilization mechanism of edge localized MHD mode by a toroidal rotation in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二

Nuclear Fusion, 50(4), p.045002_1 - 045002_13, 2010/04

 被引用回数:22 パーセンタイル:68.5(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモードの原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに不安定化の原因がプラズマの回転周波数と不安定モードの振動数のずれに起因することを明らかにした。また、この不安定化機構は不安定モードが短波長であるほど強い影響を持つが、一方で短波長モードは回転シアによって局所的なドップラーシフトにより安定化することも知られており、周辺局在MHDモードで重要となる中間波長MHDモードの安定性は双方のかねあいで決まっていることを示した。

論文

High triangularity discharges with improved stability and confinement in JT-60U

鎌田 裕; 芳野 隆治; 牛草 健吉; 閨谷 譲; 及川 聡洋; 内藤 磨; 徳田 伸二; 白井 浩; 滝塚 知典; 小関 隆久; et al.

Fusion Energy 1996, Vol.1, p.247 - 258, 1997/00

JT-60U装置では、ポロイダル磁場コイル系の改良により、プラズマ断面の三角度を、従来の約0.1から0.48まで上昇させた。これにより、プラズマ周辺部の不安定性であるELM及び、内部低n不安定性を安定化することに成功した。この結果、規格化ベータ値は、同様な圧力分布及び内部インダクタンスを持つプラズマにおいて、約2倍に上昇した。エネルギー閉じ込め性能も、三角度とともに上昇することが分かった。さらに、従来よりも高電子密度で良好な閉じ込め性能が得られた。ELMの質は、小振幅、高周波数となり、ダイバータ板の熱負荷集中の観点から好ましいことも分かった。以上の改善により、高い総合性能(閉じ込め改善度$$>$$2、規格化ベータ値。2.5、完全非誘導電流駆動(NB駆動電流40%、自発電流60%)を持つプラズマを約2秒間準定常に維持することに成功した。

口頭

Action-angle variables for the ideal-MHD continuous spectrum

廣田 真; 徳田 伸二; 福本 康秀*

no journal, , 

Energy of eigenmodes (or wave energy) in ideal magnetohydrodynamics (MHD) is formulated in the Hamiltonian context. It is shown that the wave energy is transformed into the normal form (i.e. the action variable multiplied by the eigenfrequency) not only for point spectra but also for the Alfv$'e$n and slow continuous spectra. These continuous spectra partially correspond to the negative energy wave in the presence of the plasma flow of the order of the Alfv$'e$n speed. Coupling of negative and positive energy waves causes linear instability as is common with Hamiltonian systems of finite degree of freedom. However, the generalization of this Hamiltonian picture to the case with continuous spectrum is still nontrivial. Some investigations on this problem are made for slab or cylindrical plasmas with flow.

口頭

負のエネルギーを持つモードに起因するプラズマ流のMHD不安定性

廣田 真; 徳田 伸二

no journal, , 

MHD不安定性に対する流れの効果に近年関心が集っている。流れを持つプラズマに対してはエネルギー原理が成り立たず、負のエネルギーを持った波でも安定に存在し得るため、新たな理論的枠組みが必要となる。本研究では負のエネルギーを持つモードがどのような条件で現れ、不安定化するのかを、抵抗性壁モードを例にとって議論する。壁によって安定化された外部キンクモードは流れのドップラー効果によって負のエネルギーを持つようになる。壁における微小な抵抗はこのモードを不安定化させるため、安定条件を得るためには、散逸とは異なる物理機構が必要となる。

口頭

MHD連続スペクトルのハミルトン構造に基づいたランダウ減衰の評価

廣田 真; 徳田 伸二

no journal, , 

連続スペクトルとの共鳴によるMHD波の共鳴減衰は、抵抗性壁モードやトロイダルアルフベン固有モード(TAE)の安定化と関連して、その物理機構の精密な理解が必要である。本研究では近年、連続スペクトルに対して波の作用(action)を定式化することに成功した。波の作用は力学的には断熱不変量と等価である。つまり、固有モードが連続モード(continuum)へと変化する過程が断熱的であるならば波の作用は保存され、このことを用いてランダウ減衰率(又は成長率)を表現できる。

口頭

Stability analysis of a peeling-ballooning mode in toroidally rotating plasmas

相羽 信行; 徳田 伸二; 古川 勝*; 廣田 真; 大山 直幸

no journal, , 

Type-I ELMの原因である、周辺部ペデスタル領域において不安定化するMHDモードの安定性に対するトロイダル回転の影響について数値解析を行った。そのために、回転の影響を考慮した線形理想MHD方程式であるFrieman-Rotenberg方程式を解く数値解析コードMINERVAを開発した。その結果として、回転シアを持つトロイダル回転は周辺局在MHDモード(ピーリング・バルーニングモード)を不安定化することを明らかにした。この不安定化効果に対して平衡の安全係数分布の違いが影響を与えることも示した。この原因として、トロイダル回転の影響が不安定化するMHDモードのトロイダルモード数が高いほど強く表れること、そしてこのトロイダルモード数は安全係数分布に強く依存して決まることを明らかにした。

口頭

波の作用を用いた共鳴減衰率の評価

廣田 真; 徳田 伸二

no journal, , 

核融合プラズマや宇宙プラズマのような無衝突に近いプラズマでは、MHDモードのアルフベン共鳴減衰や、波と粒子の共鳴によるランダウ減衰などが、加熱や安定性の問題において重要である。本研究では固有モードや連続モードが持つ波の作用に着目し、それらが保存する、すなわち断熱不変性であることを利用して、そのような共鳴減衰率を統一的に評価できることを示す。

口頭

Destabilization of a peeling-ballooning mode by a toroidal rotation in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二

no journal, , 

トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに回転シアは不安定モードの波長が長い場合はほとんど安定性を変えないが、波長が短くなるにつれて不安定化効果を持ち、さらにある程度以上短くなると反対に安定化効果を持ちうることを明らかにした。このような安定化・不安定化の分岐点は不安定モードの波長と回転シア、及びプラズマ平衡の磁気シアとの兼ね合いで決まっていると考えられ、今後さらなる理論・数値解析を進めることでこの原因を特定することを目指す。

口頭

Adiabatic invariance for continuum modes in fluids and plasmas

廣田 真; 徳田 伸二

no journal, , 

安定性や波と平均場の相互作用,弱乱流などの理論において、波の作用の保存則は基本的な概念である。本研究では、この分野でよく用いられる短波長近似を使わずに、任意の固有モードや連続モードに対する波の作用を求める手法を導いた。波の作用が保存することは断熱不変性として議論することができる。具体的に、この保存則は固有モードと連続モードが共鳴相互作用した場合の安定性判別において重要となる。

口頭

Destabilization mechanism of edge-localized MHD mode by a toroidal rotation in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二

no journal, , 

トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモード は回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに不安定化の原因がプラズマの回転周波数と不安定モードの振動数のずれに起因することを明らかにした。また、この不安定化機構は不安定モードが短波長であるほど強い影響を持つが、一方で短波長モードは回転シアによって局所的なドップラーシフトにより安定化することも知られており、周辺局在MHDモードで重要となる中間波長MHDモードの安定性は双方のかねあいで決まっていることを示した。

口頭

Adiabatic invariance for eigenmodes and continuum modes in nonuniform plasmas

廣田 真; 徳田 伸二

no journal, , 

線形化されたプラズマの方程式に対する変分原理を応用して、波の作用の断熱不変性を固有モードや連続モードに対して議論した。この理論は散逸のないさまざまなプラズマに適用でき、モードの準線形な時間発展を理解するのに役立つ。背景の場がゆっくりと変化するとき、各モードが持つ波の作用はそれぞれのスペクトル(固有振動数)が十分にかけ離れていれば保存する。振動数が一致するモード間では共鳴によって、波の作用の交換が行われるが合計としてはやはり保存することが示せる。例として、MHDモデルのアルフベン共鳴や磁気音波共鳴において、固有モードの波の作用が保存しながら連続モードへと受け渡されることを示す。

口頭

Destabilization mechanism of edge-localized MHD mode by a toroidal rotation in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二

no journal, , 

トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに不安定化の原因がプラズマの回転周波数と不安定モードの振動数のずれに起因することを明らかにした。また、この不安定化機構は不安定モードが短波長であるほど強い影響を持つが、一方で短波長モードは回転シアによって局所的なドップラーシフトにより安定化することも知られており、周辺局在MHDモードで重要となる中間波長MHDモードの安定性は双方のかねあいで決まっていることを示した。

口頭

Destabilization mechanism of edge-localized MHD mode by a toroidal rotation with shear in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二*

no journal, , 

トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに不安定化の原因がプラズマの回転周波数と不安定モードの振動数のずれに起因することを明らかにした。また。この不安定化機構は不安定モードが短波長であるほど強い影響を持つが、一方で短波長モードは回転シアによって局所的なドップラーシフトにより安定化することも知られており、ELM重要となる中間波長MHDモードの安定性は双方のかねあいで決まっていることを示した。

口頭

プラズマ回転シアによる周辺MHDモードの不安定化機構について

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二*

no journal, , 

トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに不安定化の原因がプラズマの回転周波数と不安定モードの振動数のずれに起因することを明らかにした。また、この不安定化機構は不安定モードが短波長であるほど強い影響を持つが、一方で短波長モードは回転シアによって局所的なドップラーシフトにより安定化することも知られており、ELM重要となる中間波長MHDモードの安定性は双方のかねあいで決まっていることを示した。

口頭

Destabilization mechanisms of the edge-localized MHD mode by the toroidal rotation with shear in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 徳田 伸二*

no journal, , 

トカマクプラズマにおけるプラズマのトロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。また、この不安定化の原因を明らかにするための数値解析を行うことにより、回転による不安定化は電流駆動型不安定性ではなく圧力駆動型不安定性の励起によること、さらに不安定化の原因がプラズマの回転周波数と不安定モードの振動数のずれに起因することを明らかにした。また。この不安定化機構は不安定モードが短波長であるほど強い影響を持つが、一方で短波長モードは回転シアによって局所的なドップラーシフトにより安定化することも知られており、ELM重要となる中間波長MHDモードの安定性は双方のかねあいで決まっていることを示した。

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