概要
磁場閉じ込め核融合プラズマをはじめとする超高温プラズマ中では、自然界においても普遍的に見られる様々な「構造形成」が起こります。そして、その構造形成が超高温プラズマを新たな閉じ込め状態へと遷移させることが特徴です。
構造形成の発現メカニズム理解の鍵となるのが、プラズマ中の乱流と高エネルギー粒子のダイナミクスです。磁場により閉じ込められた超高温プラズマでは流体的な振る舞いと粒子的な振る舞いが共存し、(1) 閉じ込め磁場とプラズマが電磁力を介した強い非線形結合を起こすこと、(2) 核融合反応により生成されるアルファ粒子のように熱平衡状態から遠く離れた高エネルギー粒子との波―粒子共鳴相互作用、といった中性流体とは著しく異なる特性が現れます。
これらの現象が複雑に絡み合うことにより、微視的な渦を伴う乱流状態から巨視的な自発流が形成され、超高温プラズマ中にある種の「構造」が作り出されます。
一方、近年の実験結果から、これらの構造形成現象が、超高温プラズマを閉じ込める磁場の三次元構造により制御できる可能性が明らかになりつつあります。
本研究交流では、世界各国で行われている超高温プラズマ閉じ込め研究の成果を結集し、多様な閉じ込め磁場中の超高温プラズマで見られる乱流状態からの構造形成や高エネルギー粒子ダイナミクスの役割を精密実験と理論・シミュレーション解析によって比較・考察することで、自然界に存在する大規模構造形成を理解する鍵となる新たな学理を創出する国際研究拠点の形成を目指します。
The structural formation is commonly observed in nature including high-temperature plasmas, which has been long-standing interest in academic research. In high-temperature plasmas, structural formation leads to new confinement state such as improved confinement. This program will focus on two aspects among keys to understand its mechanism; dynamics of turbulence and energetic particles in high-temperature plasmas and resultant emergence of global spontaneous flow (structure, such as geodesic acoustic modes and zonal flows).
Some keys for understanding the physical mechanism of structure formation are turbulence in plasmas and dynamics of energetic particles. In high-temperature plsmas confined in magnetic field, the behavior like fluids and particles co-exists, resulting in charcteristics different from neutral frulid: (1) strong nonlinear coupling between confinement magnetic field and plasmas through electromagnetic force and (2) wave-particle resonant interactrion with energetic particles far from thermal equilibrium such as Alpha particles produced by fusion reaction.
Recent research has been clarifying that such a structural formation could be controlled by means of three-dimensionality of magnetic field configurations (magnetic field diversity).
This program aims to establish international core-to-core network for emerging academic research on structural formation phenomena from turbulent state and role of dynamics of energetic particles in nature by utilizing high-temperature plasmas we have in a variety of magnetic configurations.