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

基于结构形成和湍流输运抑制提高螺旋等离子体约束性能的理论研究

基本信息

批准号：
14780395
负责人：
横山雅之
金额：
$ 2.18万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

LHD 已经开始进行基于利用径向电场剪切抑制湍流传输概念的旨在改善约束的实验。作为其手段之一，已经进行了利用新古典径向电场跃迁的实验，并且在更靠近磁轴的配置中，电子路径仅出现在外围，从而可以形成大的径向电场剪切，使磁轴向外移动，观察结果是电子路径区域随着接近中心而向中心扩展。通过使用新古典输运代码进行分析，我们发现了一个特征，即与其他构型相比，3.5 m（向内）构型的有效螺旋度在外围急剧增加，这与观察到的结果一致。产生了重大影响。人们还了解到，随着磁轴向外移动，有效螺旋度增加，导致电子路径向中心扩展。我们与马克斯普朗克等离子体物理研究所就有效螺旋度和新古典输运的高精度评估进行了深入的联合研究。在 Heliotron J 中，通过实验发现了高度约束模式转换与外围旋转变换的有理值之间的强相关性。为了理解这种现象，我们评估了三维磁场构型中的极向粘度，发现在观察到转变的构型中，极向粘度降低，并且这种变化取决于代表形状的极向模式的数量显示涉及的边界磁表面。在东北大学 Heliac，观察到由于径向电场转变而改善了限制，并在基于极向粘度评估的实验结果和理论分析方面取得了进展。极向粘度评估表明，与实验结果相似，粘度在马赫数附近达到最大值，表明有可能过渡到约束状态。实验观察到，随着磁轴向外移动，转变所需的外部施加电流量减少。理论分析结果与实验趋势定性一致，随着磁轴向外移动，磁场构型的极向对称性提高，并且观察到转变的马赫数附近的极向粘度最大值减小。