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東北大学 大学院工学研究科 金子 俊郎

1. 目的

電子温度空間勾配を自在に制御できる新たな装置を開発し，核融合プラズマ閉じ込め装置での異 常輸送の新たな要因として注目を集めている「電子温度勾配不安定性（ETG モード）駆動乱流」

の発生メカニズムとそれに伴う輸送現象を解明することを目的とする．特に，電子密度勾配，空間 電位勾配等を重畳することによって励起される低周波揺動との非線形相互作用によって，ETG モ ードが助長されるメカニズムを明らかにすることを目指す．本研究では，MHz 領域の高周波揺動と kHz 領域の低周波揺動との非線形相互作用を調べるために，大容量のデータを取得する必要がある とともに，その解析手法もバイスペクトル解析をはじめとして多岐にわたるため，応用力学研究所 との共同研究として遂行する．

2. 実験方法

本実験は図1 に示す東北大学 QT-Upgrade 装置を用いて行う. アルゴン (Ar) を作動ガスとした 電子サイクロトロン共鳴 (ECR) 放電によって磁気ミラー領域（共鳴磁場強度 2.14 kG）で高電子 温度（3-4eV）のプラズマを生成し，グリッドを通して実験領域に流入させる．一方，装置右端に 配置したタングステン電極を2000℃以上に加熱することによって低温の熱電子（約 0.2 eV）を生 成し，半径方向位置に対応してこれらの重畳割合を制御することによって，径方向の電子温度勾配 を形成する．すなわち，電子密度，空間電位の空間勾配が一定の下で，電子温度のみの空間勾配を 制御し，その時のプラズマ中の不安定揺動（ETG モード）に対する影響を調べる．具体的には，

周波数が数kHzから数MHzの範囲で，電子温度勾配が存在する領域と存在しない領域で，発生す る不安定揺動の違いがあるかどうかに注目する．また，電子密度勾配および空間電位勾配を変化す ることでドリフト波（DW）モードが励起

されることを観測し，さらに径方向電場 による E×B シアの形成と，それらの ETGモードとの非線形相互作用を調べる．

このとき，取得した大容量のデータを応 用力学研究所に持ち込み，バイスペクト ル解析を行う．

3. 実験結果及び考察

上記の装置を用いてETGを形成したところ，ETG強度の増大に伴い，周波数が約0.4 MHzの 高周波揺動（ETGモード）と約7 kHzの低周波揺動（DWモード）の二つの揺動が励起されるこ とが観測された．これらのETGモード及びドリフト波モードに対するE×Bシアの効果を調べる ため，電子源電位

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図1: 電子温度勾配形成実験装置．

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バイスペクトル解析による電子温度勾配モードと低周波揺動 の非線形結合機構解明

東北大学 大学院工学研究科 金子 俊郎

1. 目的

電子温度空間勾配を自在に制御できる新たな装置を開発し，核融合プラズマ閉じ込め装置での異 常輸送の新たな要因として注目を集めている「電子温度勾配不安定性（ETG モード）駆動乱流」

の発生メカニズムとそれに伴う輸送現象を解明することを目的とする．特に，電子密度勾配，空間 電位勾配等を重畳することによって励起される低周波揺動との非線形相互作用によって，ETG モ ードが助長されるメカニズムを明らかにすることを目指す．本研究では，MHz 領域の高周波揺動と kHz 領域の低周波揺動との非線形相互作用を調べるために，大容量のデータを取得する必要がある とともに，その解析手法もバイスペクトル解析をはじめとして多岐にわたるため，応用力学研究所 との共同研究として遂行する．

2. 実験方法

本実験は図1 に示す東北大学 QT-Upgrade 装置を用いて行う. アルゴン (Ar) を作動ガスとした 電子サイクロトロン共鳴 (ECR) 放電によって磁気ミラー領域（共鳴磁場強度 2.14 kG）で高電子 温度（3-4eV）のプラズマを生成し，グリッドを通して実験領域に流入させる．一方，装置右端に 配置したタングステン電極を2000℃以上に加熱することによって低温の熱電子（約 0.2 eV）を生 成し，半径方向位置に対応してこれらの重畳割合を制御することによって，径方向の電子温度勾配 を形成する．すなわち，電子密度，空間電位の空間勾配が一定の下で，電子温度のみの空間勾配を 制御し，その時のプラズマ中の不安定揺動（ETG モード）に対する影響を調べる．具体的には，

周波数が数kHzから数MHzの範囲で，電子温度勾配が存在する領域と存在しない領域で，発生す る不安定揺動の違いがあるかどうかに注目する．また，電子密度勾配および空間電位勾配を変化す ることでドリフト波（DW）モードが励起

されることを観測し，さらに径方向電場 による E×B シアの形成と，それらの ETGモードとの非線形相互作用を調べる．

このとき，取得した大容量のデータを応 用力学研究所に持ち込み，バイスペクト ル解析を行う．

3. 実験結果及び考察

上記の装置を用いてETGを形成したところ，ETG強度の増大に伴い，周波数が約0.4 MHzの 高周波揺動（ETGモード）と約7 kHzの低周波揺動（DWモード）の二つの揺動が励起されるこ とが観測された．これらのETGモード及びドリフト波モードに対するE×Bシアの効果を調べる ため，電子源電位

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図1: 電子温度勾配形成実験装置．

ドキュメント内 研究成果報告書 (ページ 104-108)