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アイテム
大型ヘリカル装置における周辺プラズマの２次元密度分布及び揺動計測
https://ir.soken.ac.jp/records/536
https://ir.soken.ac.jp/records/5360db31d5e-f9c4-4768-b622-b6e9c112e252
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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要旨・審査要旨 (348.0 kB)
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| Item type | 学位論文 / Thesis or Dissertation(1) | |||||
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| 公開日 | 2010-02-22 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | 大型ヘリカル装置における周辺プラズマの２次元密度分布及び揺動計測 | |||||
| 言語 | ||||||
| 言語 | jpn | |||||
| 資源タイプ | ||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_46ec | |||||
| 資源タイプ | thesis | |||||
| 著者名 |
土屋, 隼人
× 土屋, 隼人 |
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| フリガナ |
ツチヤ, ハヤト
× ツチヤ, ハヤト |
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| 著者 |
TSUCHIYA, Hayato
× TSUCHIYA, Hayato |
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| 学位授与機関 | ||||||
| 学位授与機関名 | 総合研究大学院大学 | |||||
| 学位名 | ||||||
| 学位名 | 博士（理学） | |||||
| 学位記番号 | ||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||
| 内容記述 | 総研大甲第1125号 | |||||
| 研究科 | ||||||
| 値 | 物理科学研究科 | |||||
| 専攻 | ||||||
| 値 | 10 核融合科学専攻 | |||||
| 学位授与年月日 | ||||||
| 学位授与年月日 | 2008-03-19 | |||||
| 学位授与年度 | ||||||
| 値 | 2007 | |||||
| 要旨 | ||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||
| 内容記述 | 核融合炉実現のためには、高温高密度の主プラズマを一定時間以上閉じ込めておく<br />必要がある。従って主プラズマの安定保持が核融合研究の最重要課題であるが、その<br />境界条件を決定する周辺プラズマの輸送・安定性の研究も重要である。近年、トカマ<br />クプラズマや直線プラズマの周辺領域において、周辺局在化モード(ELM)、プラズ<br />マ塊(ブロッブ)の吐き出し現象等、局所的・突発現象が観測されており、その物理<br />機構や輸送への影響に興味が集まっている。このような現象では、磁力線を横切る方<br />向に一気に大量の粒子が輸送されることから、プラズマ対向壁における不純物の発生<br />などへ悪影響が懸念されている。<br /> ELMやプラズマ塊の物理機構を解明するためには精度の高い計測が要求されるが、<br />従来のピンポイント計測や1次元の計測では現象を正確に捉えることは困難である。<br />そこで本研究では、プラズマ周辺部において密度の2次元計測が可能な、「シート状<br />サーマルリチウムビームプローブ(2D-LiBP)」を開発し、複雑な3次元磁場構造を<br />持つ大型ヘリカル装置(LHD)の周辺部における輸送現象を解明することを目的とし<br />ている。従来LiBPではペンシル状のビームが用いられていたが、2次元計測を可能<br />にするためにビーム形状に工夫を施した。具体的には、複数のスリットによりにシー<br />ト状に整形されたビームをプラズマに入射し、ポロイダル断面上に観測される発光分<br />布を再構成することで密度の2次元分布を可視化することが可能となった。ビーム入<br />射装置の開発では、ビームの高収束性と高輝度化を目指し、種々の最適化を行った。<br />まずビーム形状(収束性)とビーム束(輝度)を予測するモンテカルロ手法を用いた<br />シミュレーションコードを開発し、その妥当性を確かめるためにテストベンチにおい<br />て検証実験を行った。その結果、両者はよく一致していることが示されたため、この<br />コードを用いてノズル形状およびスリット配置を決定し、システムを製作した。<br /> リチウムビームプローブは電子密度の絶対値算出が可能であることが特徴の一つ<br />に挙げられているが、高速現象を扱う際には誤差が生じることが予測されている。そ<br />こで実験に先立って、周辺プラズマ中を高速で飛行するプラズマ塊を想定したシミュ<br />レーションを行い、高速現象への適用可能性を検討した。その結果、ビーム粒子の速<br />度と高速現象のタイムスケールが同等かビーム粒子速度の方が遅い場合、再構成され<br />た2次元密度分布にゴーストが生じ、プラズマ塊の密度が低く算出されることが明ら<br />かになった。しかしこの誤差を含んだ結果は、シミュレーションで算出される補正値<br />を用いることにより修正可能であることも判明した。さらに誤差はサンプリング周波<br />数が低いほど顕著になることも明らかになったことから、実際に用いる検出器には2<br />次元計測でしばしば用いられる電荷結合素子カメラ(CCDカメラ)とともに、サン<br />プリング周波数の高い光電子増倍管(PMT)を、2次元マトリックス状に配置した光<br />ファイバー・アレイとともに使用することにした。<br /> 上述のシステムを用いて主にECHで生成された比較的低密度の放電で実験を行い、<br />2次元密度分布およびその揺動、またプラズマ塊の吐き出しと推測される高速現象を<br />捉えることに成功した。密度計測では磁気面に沿って等密度面が分布している様子が<br />可視化され、密度の上昇とともにダイバータレッグ構造も観測された。<br /> プラズマ塊は正の密度スパイク(突発的な密度増大)としてPMTによって捉えら<br />れた。確率密度分布関数を用いた歪み度解析から、コアプラズマに近い領域の揺動は<br />「乱流的」であるが、外側に行くにつれてプラズマ塊を示唆する正のスパイクが支配<br />的になることが明らかになった。2次元計測のメリットを生かしたウェーブレット解<br />析からはプラズマ塊の運動方向も求められた。総じて中心部から周辺部に向けて飛行<br />しているが、その速度や向きは複雑で、トカマクなどにおける描像とは異なっている。<br />密度の異なる放電で比較したところ、高密度時に歪み度が小さくなり速度ベクトルが<br />様々な方向を向くことが分かった。この結果は衝突頻度の増大がプラズマ塊の寿命や<br />飛行の向きに影響を与えること示唆している。また、観測領域がエルゴディック層中<br />であることから、ヘリオトロン配位特有の複雑な磁場構造がプラズマ塊の動きに影響<br />することも考えられたため、観測領域の詳細な磁場構造解析を行いプラズマ塊の性質<br />との関連性を調べた。その結果、磁場の接続長と歪み度の間に相関が見られ、プラズ<br />マ塊は磁場構造の影響を受けることが明らかになった。<br /> 本研究では周辺密度分布が計測可能なリチウムビームプローブを開発し、ヘリカル<br />装置でプラズマ塊が発生することを見出し、プラズマ塊の振る舞いを詳細に観測する<br />ことに成功した。これまでプラズマ塊は真空容器壁付近に設置されたプローブで観測<br />されていたが、本研究でプラズマ塊の空間的振る舞いを世界で初めて観測し、位置に<br />よってその振る舞いが大きく異なることを示した。また、磁場構造に大きく影響され<br />ること等も明らかにした。今後、本研究の成果を基に、周辺プラズマにおける輸送現<br />象と安定性に関する理解がより深まるものと期待される。<br /> | |||||
| 所蔵 | ||||||
| 値 | 有 | |||||
