Development of evaluation methods for ion/electron temperature fluctuation and fluctuation-driven heat flux in plasma

等离子体中离子/电子温度波动和波动驱动热通量评估方法的开发

基本信息

批准号：
20J12625
负责人：
河内裕一
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までは、信号・ノイズ比及び時間分解能を改善する揺動テンプレート法を開発し電子温度揺動の観測に成功した。本年度はこれを踏まえて、①電子温度揺動がプローブ計測に与える影響の調査、②イオン温度計測に向けたプローブ及びレーザー誘起蛍光法(LIF)の適用、③揺動テンプレート法を応用した揺動間の非線形エネルギー移送ダイナミクスを行なった。①静電プローブ計測では、イオン飽和電流から電子密度を、浮遊電位からプラズマ電位を求める。本来は電子温度の効果が入ってくるが、従来が電子温度揺動は無視できるとされていた。本研究では、実際に評価した電子温度揺動をもとにこれが密度・電位揺動計測にどのような影響を与えるか解析した。その結果、密度揺動計測への電子温度揺動の影響は無視できる一方で、電位揺動計測へは位相を反転させるほど大きい影響を与えることが明らかになった。これらの成果は、揺動駆動熱輸送を評価する上で重要な情報である。②揺動が駆動するイオン熱輸送を評価するためには、イオン温度揺動の計測が不可欠である。この課題では、イオン温度計測へ向けたメッシュ付きイオンセンシティブプローブの開発及びLIFによるイオン温度推定を行なった。イオンセンシティブプローブについては、メッシュによる空間電荷効果の除去を狙いイオン電流を制限することに成功した。一方で異常な電子電流が流れたため、正確なイオン温度計測にはさらなる改善が必要であることが明らかになった。LIFについては、解析手法にベイズ推定を取り入れた新手法を適用し、ベイズ推定によるモデル選択を考慮したイオン温度推定法を確立した。③本研究で開発した揺動テンプレート法はデータ解析手法にも適用可能である。揺動テンプレート法を時間分解能の悪い計測である非線形エネルギー移送解析に適用し、間欠的な揺動間の競合に伴う非線形エネルギー移送ダイナミクスを発見した。

直到去年，我们开发了一种摇摆模板方法，该方法改善了信噪比和时间分辨率，并成功观察到了电子温度波动。基于今年，我们进行了1）研究电子温度波动对探针测量的影响，2）使用振荡模板方法应用探针和激光诱导的荧光（LIF）来测量离子温度，3）非线性能量传递动力学。 1）在静电探针测量中，通过离子饱和电流确定电子密度，并根据浮动电势确定等离子体电势。最初，引入了电子温度的效果，但通常情况下，据说可以忽略电子温度波动。在这项研究中，我们分析了这如何根据电子温度波动的实际评估来影响密度和潜在波动测量。结果，揭示了电子温度波动对密度波动测量值的影响可以忽略不计，但随着相位的相反，它对潜在波动测量的影响更大。这些结果是评估振荡驱动热传输的重要信息。 2）为了评估振荡驱动的离子热传输，测量离子温度波动至关重要。在此任务中，我们开发了一个配备网状的离子敏感探针，用于使用LIF进行离子温度测量和离子温度估计。关于离子敏感探针，我们通过旨在通过网格去除空间电荷效应来成功限制离子电流。另一方面，由于电子电流的流动异常，已经揭示了准确的离子温度测量需要进一步改进。对于LIF，将一种新方法应用于分析方法，并建立了一种使用贝叶斯估计的离子温度估计方法，该方法考虑了模型选择。 3）本研究中开发的振荡模板方法也可以应用于数据分析方法。将振荡模板方法应用于非线性能量转移分析，时间分辨率差的测量以及与间歇性振荡竞争相关的非线性能量传递动力学。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Dynamic interaction between two different types of fluctuations synchronizing with low frequency potential fluctuation in PANTA

与 PANTA 低频电位波动同步的两种不同类型波动之间的动态相互作用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Kawachi;S. Inagaki;M. Sasaki;Y. Kosuga;T. Kobayashi;K. Yamasaki T. Yamada;F. Kin;Y. Nagashima;C. Moon;H. Arakawa N. Kasuya,and A. Fujisawa
通讯作者：
H. Arakawa N. Kasuya,and A. Fujisawa

ヘリコン波プラズマにおけるイオンセンシティブプローブ計測の検討

螺旋波等离子体离子敏感探针测量研究

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
河内裕一;稲垣滋，佐々木真，小菅佑輔，山崎広太郎，山田琢磨，永島芳彦，文贊鎬，荒川弘之，糟谷直宏，藤澤彰英
通讯作者：
稲垣滋，佐々木真，小菅佑輔，山崎広太郎，山田琢磨，永島芳彦，文贊鎬，荒川弘之，糟谷直宏，藤澤彰英

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
通讯作者：
Y. Kawachi;S. Inagaki;M. Sasaki;Y. Kosuga;K. Yamasaki;T. Kobayashi;F. Kin;T. Yamada;H. Arakawa

Observation of spatiotemporal structures of temperature fluctuations by using of a statistical phase detection method in a linear magnetized plasma

利用统计相位检测方法观察线性磁化等离子体中温度波动的时空结构

DOI：
10.1088/1361-6587/ab8132
发表时间：
2020
期刊：
Plasma Physics and Controlled Fusion
影响因子：
2.2
作者：
Kawachi Yuichi;Inagaki Shigeru;Kin Fumiyoshi;Yamasaki Kotaro;Kosuga Yusuke;Sasaki Makoto;Nagashima Yoshihiko;Yamada Takuma;Arakawa Hiroyuki;Kasuya Naohiro;Moon Chanho;Hasamada Kazunobu;Fujisawa Akihide
通讯作者：
Fujisawa Akihide

Evaluation of abrupt energy transfer among turbulent plasma structures using singular value decomposition

使用奇异值分解评估湍流等离子体结构之间的突变能量传递