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乱流プラズマの輸送構造同定のための統計力学手法に関する研究

Research Project

Project/Area Number 16760683
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Nuclear fusion studies
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

松本 太郎  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究職 (50354676)

Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2006: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2005: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2004: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Keywords電子温度勾配 / イオン温度勾配 / ジャイロ流体モデル / フラクタル次元 / 確率密度関数 / 統計解析 / トカマクプラズマ / 乱流輸送
Research Abstract

トカマクプラズマは高い自律性を有し、様々な時定数及び特徴的長さを持つ乱流揺動が存在し、またパラメーターに依存して二次的、三次的に生成される帯状流及び大規模な渦構造等が生成されるため、これらが相互作用しつつ乱流輸送過程を支配している。本研究では、プラズマの乱流状態の定量的な同定手法の確立を目的として、電子系/イオン系のダイナミクスによって形成される電子/イオン温度勾配(ETG/ITG)乱流に関して、スラブシア配位におけるジャイロ流体シミュレーションを行い、帯状流形成等の乱流構造の変化が相関次元、確率分布関数(PDF)、相互相関、三次相関等の統計量に与える影響を系統的に明らかにした。イオン系乱流のみならず電子系乱流においても、磁場構造の半径方向の変化が小さい(弱磁気シア)領域では、強い電子加熱等により電子温度勾配が急峻になると、「帯状流」と呼ばれる半径方向に依存して交互に存在ポロイダル方向の層流が形成され、熱輸送が低減する。このような帯状流がもたらすポロイダル方向のドップラー効果は、帯状流と共に存在する「乱流揺動」の特性を変化させるため、短波長・短時間スケールの渦を伴うETG/ITGモードの顕著な領域と、帯状流とETG/ITGモードの相互作用で生成された、大きな渦を伴う長波長のケルビン・ヘルムホルツ型(KH)モードの顕著な領域が、半径に依存して交互に存在することが明らかとなった。特に、電場と圧力揺動とのクロススペクトル解析から、帯状流による乱流輸送の低減が、ポロイダル電場と圧力揺動とのコヒーレンスの減少及び位相の同調という二つの異なる素過程に起因することを明らかにすると共に、バイスペクトル解析から、帯状流に支配され乱流におけるモード間のエネルギー輸送に関して、大規模渦構造を伴うKHモードが主要な役割を担っていることを明らかにした。

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2006 2005 2004

All Journal Article (13 results)

  • [Journal Article] Statistical characteristics of turbulent plasmas dominated by zonal flows2006

    • Author(s)
      Taro Matsumoto
    • Journal Title

      J. Plasma Physics Volume72 Part6

      Pages: 1183-1187

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Statistical Characteristics of Turbulent Transport Dominated by Zonal Flow Dynamics2006

    • Author(s)
      Taro Matsumoto
    • Journal Title

      Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference IAEA-CN149

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Characteristics of Turbulent Fluctuations in the presence of Zonal Flows2006

    • Author(s)
      松本太郎
    • Journal Title

      九州大学応用力学研究所 研究集会報告 18FP-S1

      Pages: 27-28

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Large-scale structures and electron transport in gyrofluid simulations of ETG turbulence in tokamak plasmas2006

    • Author(s)
      Jiquan Li
    • Journal Title

      J. Plasma Physics Volume72 Part6

      Pages: 1173-1177

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Simulations on the nonlinear mode coupling in multiple-scale drift-type turbulence with coherent flow structure2006

    • Author(s)
      Jiquan Li
    • Journal Title

      Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference IAEA-CN149

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Dynamics of Secondary Large-scale Structure in ETG Turbulence Simulations2006

    • Author(s)
      Jiquan Li
    • Journal Title

      Plasma Science and Technology Volume 8

      Pages: 1-4

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Nonlinear Behaviors of Collisionless Double Tearing Mode induced by Electron Inertia2005

    • Author(s)
      Taro Matsumoto
    • Journal Title

      Nuclear Fusion 45

      Pages: 1264-1270

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    • Author(s)
      Taro Matsumoto
    • Journal Title

      Physics of Plasmas 12

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  • [Journal Article] Statistical characteristics of turbulent plasmas dominated by zonal flows2005

    • Author(s)
      Taro Matsumoto
    • Journal Title

      Proceedings of 19th International Conference on Numerical Simulation of Plasmas and 7th Asia Pacific Plasma Theory Conference

      Pages: 258-259

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    • Author(s)
      松本太郎, 岸本泰明, 李継全
    • Journal Title

      The Papers of Technical Meeting on Plasma Science and Tchnology, IEE Japan PST-05

      Pages: 83-86

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    • Author(s)
      松本太郎, 岸本泰明, 李継全
    • Journal Title

      「第10回NEXT研究会」 講演録 (印刷中)

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Statistical Characteristics from Gyro-fluid Transport Simulation2004

    • Author(s)
      T.Matsumoto, Y.Kishimoto, J.Li
    • Journal Title

      Journal of Plasma and Fusion Research Series Vol.6

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  • [Journal Article] Statistical Characteristics from ETG Simulation2004

    • Author(s)
      松本太郎, 岸本泰明, 李継全
    • Journal Title

      「核燃焼プラズマ閉じ込め特性の理解に向けたトロイダルプラズマ閉じ込め・輸送の包括的研究」報告書

      Pages: 161-169

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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