核融合プラズマ中のイオンサイクロトロン放射の励起過程の解明

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プラズマ中の高速イオンによる波動励起現象であるイオンサイクロトロン放射(ICE)は、高速イオンの密度計測への応用が期待されている。その一方で本研究により令和3年度に、トカマク型実験装置JT-60において、高速イオンが駆動源ではないICEを新たに見出した。このICEはプラズマ中の電子を高周波により加熱する電子サイクロトロン加熱(ECH)時に観測された。このICEの波の特徴を調べると、駆動源が異なるのにも関わらず高速イオン駆動型ICEの波と類似するという非常に興味深い特徴を有することが分かった。これはICEの波動の周波数・空間構造の決定機構を理解する上で重要な現象である。さらに高速イオン駆動型ICEの計測への応用時には、このECHに起因するICEの波動が混在し得るため、励起過程を予め理解しておく必要がある。令和4年度では、JT-60で観測されたECHに起因するICEの励起過程を調査した。ECHのサイクロトロン共鳴加熱により生成される高速電子がICEの駆動源の可能性がある。まず光路追跡計算を元に、ECHとプラズマ中の電子のサイクロトロン共鳴条件を評価した。次にそのECHに共鳴加熱されると評価された高速電子と、観測されたICEの波動が共鳴するか調べた。ここでの波動の波数には、ICEの波動に対して実験的に同定した速波という分散関係を考慮して与えている。その結果、Cherenkov共鳴条件と呼ばれる条件下で波動と共鳴することが明らかになった。さらに波動分散コードを用いて、単一のエネルギー・ピッチ角分布という単純な速度分布関数で表現した高速電子が、観測されたICEの波動を駆動できるか調べた。その結果、Cherenkov共鳴条件下で波動を不安定化できることが分かった。上記の結果から、ECHにより生成された高速電子がCherenkov共鳴条件下で波動を駆動する現象であることが考えられる。