直線磁化プラズマにおける高次非線形構造形成による輸送ダイナミクスの解明

通过在线性磁化等离子体中形成高阶非线性结构来阐明输运动力学

基本信息

批准号：
21K03508
负责人：
荒川弘之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu University (2022)Shimane University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では直線磁化プラズマ乱流実験において、孤立渦・飛沫といった3次的・4次的に形成された高次非線形構造による輸送を評価する。様々な乱流条件で高次非線形構造による輸送ダイナミクスを評価することで、これの系統的理解を目指している。2022年度は、(1)2021年度に制作した計測機器を用い、複数の乱流構造において、2次元空間構造の時間変化を観測した。得られた構造を弁別し、構造間のエネルギー輸送評価を行った。(2)流れの絶対値評価のため、レーザー誘起蛍光法(LIF法)の新規手法開発を行った。(1)では、外部制御パラメータである中性粒子ガス圧を変化させ、イオン・中性粒子衝突周波数の制御を行った。中性粒子ガス圧制御により、既存の計測機器で観測していた乱流状態と矛盾しない結果が得られた。また、条件付き平均法の１つであるテンプレート法を改良した乱流抽出に加え、特異値分解による乱流構造弁別を行った。弁別した構造を元に動的なエネルギー輸送評価を行い、周方向の平均構造や高次の構造間のエネルギー輸送も観測した。中性粒子ガス圧制御による異なる乱流状態によって、これらのエネルギー輸送の違いを得た。(2)では、LIF法とラングミュアプローブを同期させ、医療分野で主に利用されているトモグラフィー技術を応用した、局所の２次元流れ構造の観測手法開発及び初期的な実験結果を得た。ラングミュアプローブにより乱流構造の位相を検知し、同時にプラズマのレーザー誘起蛍光における線積分データを得た。ノイズ弁別には周方向モード数による低次モードの抽出を用いた。結果として、既存の２次元流れ構造観測手法よりも10倍以上の効率で、２次元流れベクトル構造観測を行った。

在这项研究中，我们评估了高阶非线性结构的输运，例如在线性磁化等离子体湍流实验中以三阶和四阶形成的孤立涡流和液滴。我们的目标是系统地了解各种湍流条件下高阶非线性结构引起的输运动力学。在 2022 财年，我们 (1) 使用 2021 财年创建的测量设备观察了多个湍流结构中二维空间结构的时间变化。判别所获得的结构并评估结构之间的能量传输。 (2)发展了一种新的激光诱导荧光法(LIF法)来评估流量的绝对值。在（1）中，离子/中性粒子碰撞频率是通过改变中性粒子气体压力（外部控制参数）来控制的。通过控制中性粒子气体压力，得到的结果与现有测量设备观测到的湍流一致。此外，除了通过改进模板法（条件平均法之一）来提取湍流之外，我们还使用奇异值分解来执行湍流结构判别。我们基于微分结构进行了动态能量传输评估，观察了圆周方向的平均结构和高阶结构之间的能量传输。这些能量传输的差异是通过中性粒子气体压力控制在不同的湍流条件下获得的。在(2)中，我们将LIF方法与Langmuir探针同步，开发了一种观察局部二维流结构的方法，并通过应用层析成像技术获得了初步实验结果，该技术主要应用于医学领域。利用朗缪尔探针检测湍流结构的相位，同时获得等离子体激光诱导荧光的线积分数据。对于噪声辨别，我们使用基于圆周模式数量的低阶模式提取。因此，我们能够比现有的二维流结构观察方法高效 10 倍以上地观察二维流矢量结构。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Universite de Lorraine(フランス)

洛林大学（法国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Dynamic interaction between fluctuations with different origins in a linear magnetized plasma

线性磁化等离子体中不同来源波动之间的动态相互作用

DOI：
10.1063/5.0065887
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
2.2
作者：
Kawachi Y.;Inagaki S.;Sasaki M.;Kosuga Y.;Yamasaki K.;Kobayashi T.;Kin F.;Yamada T.;Arakawa H.;Nagashima Y.;Moon C.;Kasuya N.;Fujisawa A.
通讯作者：
Fujisawa A.

Formation Process of a Solitary Vortex in a Zonal Flow - Drift-Wave Dynamics

纬向流中孤立涡的形成过程 - 漂移波动力学

DOI：
10.1585/pfr.17.1301106
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0.8
作者：
ARAKAWA Hiroyuki;SASAKI Makoto;INAGAKI Shigeru;LESUR Maxime;KOSUGA Yusuke;KOBAYASHI Tatsuya;KIN Fumiyoshi;YAMADA Takuma;NAGASHIMA Yoshihiko;FUJISAWA Akihide;ITOH Kimitaka
通讯作者：
ITOH Kimitaka

Bayesian inference of ion velocity distribution function from laser-induced fluorescence spectra

从激光诱导荧光光谱中离子速度分布函数的贝叶斯推断