周辺プラズマにおける径電場構造変化が乱流輸送特性に与える影響に関する研究

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この研究は、核融合実験炉ITERなどの次期大型装置において、プラズマ対向機器に大きな損耗を与えるEdge Localized Mode(ELM)を抑制しながら、かつ高い燃焼率のためのプラズマ閉じ込め性能と不純物原子の掃き出しを両立する運転法の確立を目的としている。具体的には、現在知られているプラズマ周辺部における準定常的な粒子・熱の掃き出しを実現する運転モードにおけるプラズマの輸送現象の理解のため、乱流輸送現象、電磁流体力学的不安定性とプラズマの巨視的状態とのつながりを解明し、さらに次期大型装置への適用の検証及びプラズマ性能をさらに進展させるための運転法の提案を行う。本研究では、Quiescent H-mode(QH)時のペデスタルにおける輸送特性に関する研究を足掛かりとして、その理解に基づきELM抑制運転手法を提案する。この目的に向けて、Wide pedestal QH-mode周辺部での揺動特性とプラズマ閉じ込めの関係に関して実験研究を行い、成果を得た。Wide-pedestalへの遷移後に特徴的に生じる準コヒーレントモード(QCM)に関して、揺動の空間構造および揺動と粒子輸送の相関について解析を行った。乱流とQCMの周波数スペクトルは周波数領域が重なる部分を持つため、同一周波数にある複数のモードについて分離する手法を開発した。具体的には最大エントロピー法を用いて波数分解能を向上させ、これによりQCMを背景のブロードな乱流揺動から分離することが可能となった。これにより得られたQCM揺動強度の径方向分布を評価し、径電場井戸の内側領域でピークを取る分布を持つことが分かった。QCMの揺動強度は200~300 Hzで振動しており、これと同じ周波数かつ遅れた位相でダイバータDα線発光強度が振動していることが分かった。