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

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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。