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論文

Electromagnetic gyrokinetic simulation of turbulence in torus plasmas

石澤 明宏*; 前山 伸也; 渡邉 智彦*; 洲鎌 英雄*; 中島 徳嘉*

Journal of Plasma Physics, 81(2), p.435810203_1 - 435810203_41, 2015/04

 被引用回数:20 パーセンタイル:77.25(Physics, Fluids & Plasmas)

Gyrokinetic simulations of electromagnetic turbulence in magnetically confined torus plasmas including tokamak and heliotron/stellarator are reviewed. Magnetic perturbations can influence some key mechanisms of turbulent transport. Linear analysis shows that the ion-temperature gradient instability is unstable in low beta plasma and its growth rate is reduced by magnetic field line bending, while the kinetic ballooning mode is destabilized at high beta. In addition, trapped electron modes, electron temperature gradient modes, and micro-tearing modes can be destabilized. These instabilities are classified into two categories: ballooning parity and tearing parity modes. These parities are mixed by nonlinear interactions. In the nonlinear evolution, the zonal flow shear acts to regulate the ITG driven turbulence at low-beta. On the other hand, at finite beta, interplay between the turbulence and zonal flows becomes complicated because the production of zonal flow is influenced by the finite beta effects.

論文

Variational formulation for weakly nonlinear perturbations of ideal magnetohydrodynamics

廣田 真

Journal of Plasma Physics, 77(5), p.589 - 615, 2011/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:26.23(Physics, Fluids & Plasmas)

理想磁気流体力学(MHD)の弱非線形現象を支配する新たな運動方程式を、よく知られた線形の運動方程式の自然な拡張として導いた。この導出はMHDに対するラグランジアンを、プラズマの変位に関して三次オーダーまで摂動展開することによって可能となるが、それにはLie級数展開の応用が必要となる。得られた運動方程式は二次の非線形項を含み、これがモード間の結合を引き起こす。その際、三次オーダーのポテンシャルエネルギーはモード間の結合の強さ(結合係数)を評価するための指標となる。従来の理論と比べると、結合係数は線形理論で馴染みの深い変位ベクトル場を用いて表現され、固定境界と自由境界の場合を両方扱うことができる。

論文

Experimental and computational characterization of hydrodynamic expansion of a preformed plasma from thin-foil target for laser-driven proton acceleration

匂坂 明人; 長友 英夫*; 大道 博行; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 織茂 聡; 森 道昭; 西内 満美子; 余語 覚文; 加道 雅孝

Journal of Plasma Physics, 75(5), p.609 - 617, 2009/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:22.21(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザー駆動陽子発生でのプリプラズマの電子密度分布を評価するため、高強度チタンサファイアレーザーのプリパルスやASEによって生成される薄膜ターゲットからのプリプラズマを、2倍高調波のプローブ光によって計測した。さらに、メインパルス前のASEの時間幅を変え、ターゲット表面のプリプラズマサイズを減らすことで、高エネルギー陽子が得られた。また2次元流体コードによるシミュレーションを行った結果、レーザー入射側の低電子密度領域($$sim$$4$$times$$10$$^{19}$$ cm$$^{-3}$$)において、実験結果に近づくことがわかった。

論文

Characterization of preformed plasmas using a multi-dimensional hydrodynamic simulation code in the study of high-intensity laser-plasma interactions

匂坂 明人; 内海 隆行*; 大道 博行; 小倉 浩一; 織茂 聡; 高井 満美子; 林 由紀雄; 森 道昭; 余語 覚文; 加道 雅孝; et al.

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1281 - 1284, 2006/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギー粒子(イオン,電子)やX線が生成される。ここで発生した高エネルギー粒子等は、さまざまな応用が提案されテーブルトップの放射線源として注目されている。このような高強度レーザーと物質との相互作用の物理過程を調べるうえで、レーザーのプリパルスによって生成されるプリプラズマを評価しておく必要がある。本研究では、高強度レーザーを金属ターゲットに照射した時のプラズマ密度プロファイルを干渉計測により測定し、測定結果を多次元流体シミュレーションコードによる計算と比較した。実験は、チタンサファイアレーザー(中心波長800nm,パルス幅50fs)を集光用のポンプ光と計測用のプローブ光に分け、ポンプ光をアルミターゲットに照射し、発生するプリプラズマをプローブ光の干渉計測によって測定した。ポンプ光の集光強度は$$sim$$5$$times$$10$$^{16}$$W/cm$$^{2}$$であり、干渉縞はバイプリズムを用いてレーザービームの波面を傾けることによって生成した。ポンプ光とプローブ光の時間差を調整することにより、メインパルスの約10ps前からプリプラズマの測定を行った。測定結果を多次元流体シミュレーションコードによる計算と比較し、プリパルスとの関連性を調べた。

論文

Roles of the double tearing mode on the formation of a current hole

津田 孝; 栗田 源一; 藤田 隆明

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1149 - 1152, 2006/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.73(Physics, Fluids & Plasmas)

中心を外れた自発電流や電流駆動が十分に大きいときは中心部に電圧が逆にかかり逆方向の電流が流れるはずである。しかし実験ではほとんどゼロの電流密度の領域(電流ホール)が観測される。以前の論文において磁気流体シミュレーションにより電流ホール形成機構を解析した。ところが電流ホールを持つ配位はダブル・テアリング・モードが不安定となる可能性があるため、磁気流体シミュレーションにより電流ホール形成にこのモードが果たす役割を検討した。

論文

Nonlinear thomson scattering with strong radiation damping

Koga, J. K.; Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. V.

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1315 - 1318, 2006/12

 被引用回数:13 パーセンタイル:44.28(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度短パルスレーザーの出現により極めて高い強度を達成することが可能となった。このようなレーザーパルスが高エネルギー電子ビームと相互作用すると、通常は小さい効果である放射減衰が顕著となってくる。本研究では、放射減衰が後方散乱トムソン放射に与える影響を数値的並びに解析的に考察する。光量子科学研究センターにおけるレーザーとマイクロトロンに相当するパラメータに対し、放射減衰を考慮すると、後方散乱スペクトルは全体的に低周波側にシフトし、振幅も小さくなることを見いだした。

論文

Zonal flow and GAM dynamics and associated transport characteristics in reversed shear tokamaks

宮戸 直亮; 岸本 泰明; Li, J.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.821 - 824, 2006/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Fluids & Plasmas)

反転磁気シアトカマク中の帯状流の振る舞い及びその乱流輸送に対する影響を、イオン温度勾配駆動乱流のグローバルシミュレーションにより調べた。安全係数を減らすと、安全係数最小の領域で帯状流が振動帯状流から静的帯状流に変化し、乱流輸送が効果的に抑制される。この結果は、安全係数最小の領域での帯状流の振る舞いの変化がイオンの輸送障壁形成の引き金を引いているかもしれないことを示す。

論文

Analysis of an aspect ratio effect on the stability of external MHD modes in tokamaks with the Newcomb equation

相羽 信行; 徳田 伸二; 石澤 朋子*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1127 - 1131, 2006/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:3.81(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク核融合装置において高性能プラズマを長時間保持することを実現するうえで、外部電磁流体(MHD)不安定性の発生を抑えることは重要な課題であり、特にこの不安定性のアスペクト比に対する依存性は装置設計を行ううえで考慮すべき要因の一つである。本研究ではこれまで開発を続けてきたMHD安定性解析コードMARG2Dの特徴である「広いトロイダルモード数nの範囲にわたって解析ができる」という特長を生かすことで、nが1から10までの外部MHDモードの安定性に対するアスペクト比の依存性を調べた。その結果、外部MHDモードから決まるプラズマ圧力の限界はアスペクト比を小さくすることで高くなることを確認した。またプラズマを囲む完全導体壁の位置がプラズマ表面に近い場合、アスペクト比が小さくなるにつれて圧力限界を決める外部モードのトロイダルモード数は大きくなることを示した。さらにこの原因が、アスペクト比を小さくしたことによって異なるポロイダルモード間のトロイダル結合が強くなり、その結果nの小さいモードを強く安定化する導体壁の影響が強く表れるためであることを、MARG2Dコードで得られる固有関数を比較することによって明らかにした。

論文

Magnetic island evolution in rotating plasmas

石井 康友; 安積 正史*; Smolyakov, A. I.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1243 - 1248, 2006/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:3.81(Physics, Fluids & Plasmas)

本研究では、トカマクプラズマの性能劣化を引き起こす磁気島形成の機構を、プラズマ中の流れを考慮して、数値シミュレーションにより調べた。トカマクプラズマでは磁気島形成を引き起こすティアリング不安定性に対して、独立状態では安定と考えられる磁気面において磁気島が形成される現象が観測されている。このような安定な磁気面での磁気島形成は、外部摂動に起因すると考えられているが、その詳細過程は未解明である。これまでの理論的予測では、プラズマ流が存在すると、磁気島を形成するための外部摂動の臨界値が存在し、その臨界値が抵抗値及び粘性値に依存すると考えられていた。本研究では数値シミュレーションにより、現実のトカマク放電のパラメータ領域近傍では、この臨界値が抵抗値には依存するが、粘性値にはほぼ依存しないことを明らかにした。また、流れのあるプラズマ中でのこのような磁気島の成長には、散逸依存領域と散逸非依存領域が存在することを見いだした。

論文

Statistical characteristics of turbulent plasmas dominated by zonal flows

松本 太郎; 岸本 泰明; 宮戸 直亮; Li, J.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1183 - 1187, 2006/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:22.88(Physics, Fluids & Plasmas)

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(ETG)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,確率密度関数(PDF)等の統計量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。

論文

Large-scale structures and turbulence saturation in gyrofluid ETG simulations

Li, J.*; 岸本 泰明*; 宮戸 直亮; 松本 太郎; Dong, J. Q.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1173 - 1177, 2006/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Fluids & Plasmas)

電子温度勾配(ETG)乱流の飽和におけるポロイダル方向に長波長低周波数の二次的揺動のダイナミクスを、スラブ配位において調べた。簡略化したモデルによる解析により、ストリーマーを含むこのような大規模構造は、ポロイダルモード結合を通じて、当初のETG不安定性を飽和させ得ることが明らかになった。また、三次元のETGシミュレーションのスペクトル解析により、二次的な揺動の励起及びETGの飽和が確認された。これらの結果は、ETG乱流における揺動レベルの低減メカニズムの一つであると考えられる。

論文

Charging of a spherical dust particle on a plasma-facing wall

冨田 幸博*; Smirnov, R.*; 滝塚 知典; Tskhakaya, D.*

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1015 - 1018, 2006/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:7.57(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ対向壁上の球状導体ダスト粒子に誘起される電荷について解析的に調べた。外部の非一様電場を軸方向座標の多項式により近似し、境界条件の取り入れのために双曲座標を導入する。この解析結果を導体壁前のデバイシースの非一様電場中にあるダストに適用した。この結果はダストを取り巻くプラズマによる遮蔽効果の解析に有効である。

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