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

通过在线性磁化等离子体中形成高阶非线性结构来阐明输运动力学

• 批准号: 21K03508
• 负责人: 荒川 弘之
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University (2022)Shimane University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03508/
• 关键词: プラズマ乱流; 帯状流; 乱流輸送; 輸送ダイナミクス; 高次非線形構造

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。

This study で は linear magnetization プ ラ ズ マ turbulence be 験 に お い て, isolated vortex droplets と い っ た three times, four times the に form さ れ た high order nonlinear structure に よ る conveying を review 価 す る. Others 々 な turbulence conditions で high order nonlinear structure に よ る conveying ダ イ ナ ミ ク ス を review 価 す る こ と で, こ れ の system understanding を refers し て い る. In 2022, に, (1) in 2021, に were used to create a <s:1> measuring machine を to measure <s:1> using に, complex <s:1> turbulence structure にお て て, and two-dimensional space structure <s:1> time variation を観. The られた structure を is separated by <s:1>, and the <s:1> エネ and ギ between structures are used for the transfer evaluation of 価を and った. (2) The current れ <s:1> absolute value evaluation 価 <e:1> ため and レ ザ ザ <e:1> have led to the new regulations of the 蛍 light method (LIF method) <e:1> to develop を and った. (1) で は, external suppression パ ラ メ ー タ で あ る neutral particles ガ ス 圧 を variations change さ せ, イ オ ン, neutral particles conflict cycle for の suppression を line っ た. Neutral particles ガ ス 圧 suppression に よ り, existing の measuring machine で 観 measuring し て い た turbulence state と contradiction し な い results ら が れ た. Pay き average の ま た, condition 1 つ で あ る テ ン プ レ ー ト method modified し を た turbulence on spare に え, specific numerical decomposition に よ る turbulence structure chemical line don't を っ た. Chemical don't し た tectonic を yuan に moving な エ ネ ル ギ ー conveying review 価 を い, weeks direction between average structure や high times の の の エ ネ ル ギ ー conveying も 観 measuring し た. Neutral particles ガ ス 圧 suppression に よ る different な る turbulence state に よ っ て, こ れ ら の エ ネ ル ギ ー conveying の violations い を た. (2) で は, LIF と ラ ン グ ミ ュ ア プ ロ ー ブ を period さ せ, medical eset で advocate に use さ れ て い る ト モ グ ラ フ ィ ー technology を 応 with し た, bureau の 2 dimensional flow れ tectonic の 観 measuring technique and open 発 び early な be た を 験 results. ラ ン グ ミ ュ ア プ ロ ー ブ に よ り turbulence structure の phase を 検 し, at the same time に プ ラ ズ マ の レ ー ザ ー induced 蛍 light に お け る line integral デ ー タ を た. ノ イ ズ chemical don't に は weeks direction モ ー ド number に よ る low-order モ ー ド の out を い た. Results と し て, existing の 2 dimensional flow れ tectonic 観 measuring technique よ り も 10 times more の で working rate, two dimensional flow れ ベ ク ト ル tectonic 観 measuring line を っ た.

项目成果

Universite de Lorraine(フランス)

洛林大学（法国）

Formation Process of a Solitary Vortex in a Zonal Flow - Drift-Wave Dynamics

纬向流中孤立涡的形成过程 - 漂移波动力学

• DOI: 10.1585/pfr.17.1301106
• 发表时间: 2022
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: ARAKAWA Hiroyuki;SASAKI Makoto;INAGAKI Shigeru;LESUR Maxime;KOSUGA Yusuke;KOBAYASHI Tatsuya;KIN Fumiyoshi;YAMADA Takuma;NAGASHIMA Yoshihiko;FUJISAWA Akihide;ITOH Kimitaka
• 通讯作者: ITOH Kimitaka

Reynolds Force Evaluation of Quasi-Coherent Structure by Tomographic Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy

通过层析激光诱导荧光光谱法评估准相干结构的雷诺力

• DOI: 10.1585/pfr.18.1401032
• 发表时间: 2023
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: ARAKAWA Hiroyuki;SASAKI Makoto;INAGAKI Shigeru;FUJISAWA Akihide
• 通讯作者: FUJISAWA Akihide

A Proposal to Evaluate Electron Temperature and Electron Density Fluctuations Using Dual Wavelength Emission Intensity Tomography in a Linear Plasma

在线性等离子体中使用双波长发射强度断层扫描评估电子温度和电子密度波动的建议

• DOI: 10.7566/jpsj.92.033501
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Nagashima Yoshihiko;Fujisawa Akihide;Yamasaki Kotaro;Inagaki Shigeru;Moon Chanho;Kin Fumiyoshi;Kawachi Yuichi;Arakawa Hiroyuki;Yamada Takuma;Kobayashi Tatsuya;Kasuya Naohiro;Kosuga Yusuke;Sasaki Makoto;Ido Takeshi
• 通讯作者: Ido Takeshi

Dynamic interaction between fluctuations with different origins in a linear magnetized plasma

• DOI: 10.1063/5.0065887
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: Y. Kawachi;S. Inagaki;M. Sasaki;Y. Kosuga;K. Yamasaki;T. Kobayashi;F. Kin;T. Yamada;H. Arakawa