直線磁化プラズマにおける高次非線形構造形成による輸送ダイナミクスの解明

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本研究では直線磁化プラズマ乱流実験において、孤立渦・飛沫といった3次的・4次的に形成された高次非線形構造による輸送を評価する。様々な乱流条件で高次非線形構造による輸送ダイナミクスを評価することで、これの系統的理解を目指している。2022年度は、(1)2021年度に制作した計測機器を用い、複数の乱流構造において、2次元空間構造の時間変化を観測した。得られた構造を弁別し、構造間のエネルギー輸送評価を行った。(2)流れの絶対値評価のため、レーザー誘起蛍光法(LIF法)の新規手法開発を行った。(1)では、外部制御パラメータである中性粒子ガス圧を変化させ、イオン・中性粒子衝突周波数の制御を行った。中性粒子ガス圧制御により、既存の計測機器で観測していた乱流状態と矛盾しない結果が得られた。また、条件付き平均法の１つであるテンプレート法を改良した乱流抽出に加え、特異値分解による乱流構造弁別を行った。弁別した構造を元に動的なエネルギー輸送評価を行い、周方向の平均構造や高次の構造間のエネルギー輸送も観測した。中性粒子ガス圧制御による異なる乱流状態によって、これらのエネルギー輸送の違いを得た。(2)では、LIF法とラングミュアプローブを同期させ、医療分野で主に利用されているトモグラフィー技術を応用した、局所の２次元流れ構造の観測手法開発及び初期的な実験結果を得た。ラングミュアプローブにより乱流構造の位相を検知し、同時にプラズマのレーザー誘起蛍光における線積分データを得た。ノイズ弁別には周方向モード数による低次モードの抽出を用いた。結果として、既存の２次元流れ構造観測手法よりも10倍以上の効率で、２次元流れベクトル構造観測を行った。