構造形成と乱流輸送抑制に基づくヘリカルプラズマ閉じ込め高性能化の理論研究

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径電場シアによる乱流輸送抑制の概念による閉じ込め改善志向実験がLHDで遂行され始めた。この手段の一つとして新古典的径電場遷移を活用する実験が行われ、磁気軸内寄せ配位においては電子ルートが周辺部のみに現れることで大きな径電場シアを形成でき、磁気軸を外寄せするにつれて電子ルート領域が中心部まで広がっていくという観測結果が得られた。新古典輸送コードを用いた解析により、他の配位と比較して磁気軸位置3.5m(内寄せ)配位における実効ヘリシティの周辺部での急増という特徴的な性質を見出し、これが観測結果に大きく影響していることが示された。磁気軸外寄せにつれて実効ヘリシティが大きくなり、電子ルートの中心部への広がりをもたらしていることも理解された。この実効ヘリシティ・新古典輸送の高精度評価についてはMax-Planckプラズマ物理研究所と強力な共同研究を遂行した。ヘリオトロンJにおいて、高閉じ込めモード遷移に関する周辺部回転変換の有理値との強い相関が実験的に見出されている。この現象を理解する試みとして、3次元磁場配位におけるポロイダル粘性の評価を行い、遷移が観測される配位ではポロイダル粘性が低減し、それが境界磁気面の形状を表すポロイダルモード数の大小に関与していることが示された。東北大学ヘリアックでは、径電場遷移に伴う改善閉じ込めが観測され、ポロイダル粘性評価に基づく実験結果の整理と理論解析を進展させた。ポロイダル粘性評価によって、実験結果と同様のマッハ数付近で粘性が極大となり、閉じ込め状態の遷移の可能性が示された。磁気軸外寄せにするにつれて、遷移に必要な外部印加電流量が低下する傾向が実験的に観測された。磁気軸外寄せにつれて磁場配位のポロイダル対称性が向上し、遷移が観測されるマッハ数近辺のポロイダル粘性極大値が減少するという、実験での傾向と定性的に一致する理論解析結果が得られた。