Study of global and dynamical plasma transport physics in 3D magnetic configuration based on first principle simulation
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19K03801
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
松岡 清吉 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (10609986)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼波 政倫 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (40397203)
仲田 資季 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (40709440)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 核融合 / 3次元磁場 / 磁場閉じ込め装置 / 第一原理シミュレーション / 大域的輸送 / 微視的乱流 / 乱流輸送 / ジャイロ運動論 / プラズマ乱流 / 新古典輸送 / 3次元磁場閉じ込め / プラズマ / プラズマ乱流・新古典輸送 / 大域的シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
近年、核融合研LHDのような3次元磁場閉じ込めプラズマにおいて、大域的・動的な輸送現象を示唆する観測がなされており、閉じ込め性能の向上に向けてその物理機構の解明が重要な課題となっている。3次元磁場プラズマでは、プラズマ乱流輸送と衝突性の新古典輸送が電場を介して強く結合することから、輸送やそれによる分布形成過程を明らかにするためには両者を統一的に扱う第一原理にもとづいた大域的シミュレーションが不可欠となる。本研究課題では、3次元磁場プラズマを対象とした大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションモデルを確立し、未解明であった3次元磁場プラズマ内の大域的・動的輸送現象にアプローチする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複雑な3次元磁場構造をもつステラレータ型磁場閉じ込め装置を対象としたプラズマの輸送現象について、微視的乱流による乱流輸送及び衝突性（新古典）輸送と、加熱・粒子入力で決まる大域的輸送や分布形成の物理機構を探求、明らかにすることを最終的な目的としている。磁場閉じ込めプラズマ内の大域的輸送現象やそれが決定する温度・密度などの分布形成過程を正しく取り扱うためには、従来的な微小な揺らぎと背景分布間のスケール分離に基づく局所的取り扱いでは十分ではなく、そのようなスケール分離を仮定しない第一原理モデルである大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションによる解析が必須となる。本課題では、保存型解法に基づく大域的full-fジャイロ運動論コードであるGT5Dを3次元磁場配位に拡張し、3次元磁場における大域的乱流・新古典輸送特性を調べる。
令和５年度は、これまでに開発を完了した3次元磁場版GT5Dを用いて、解析的な3次元磁場配位におけるプラズマを対象として、温度分布形状や温度勾配パラメータを変化させた線形乱流輸送解析を実施した。その結果、温度勾配が局所的に一定となっている状況については、線形成長率や周波数、線形固有関数の形状などが従来の局所解析結果と定性的に一致する結果を得ている。一方で、温度勾配形状やパラメータを変化させた場合については、局所解析の結果から外れる結果を得ている。より詳細な解析を行う必要があるため現時点では未確定であるが、これらの局所解析との差異は、GT5Dに含まれる分布シアなどの大域的効果によるものと考えられる。今後、3次元磁場プラズマ内の微視的乱流輸送における大域的効果を明らかにするため、今後より詳細な解析を進める予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
令和５年度は、これまでに開発を行ってきた3次元磁場版GT5Dコードを用いた3次元磁場プラズマ内の微視的乱流についての線形解析を行った。当初予定では、局所コードとの詳細な比較を含むベンチマークや分布形状、装置サイズパラメータ依存性など、GT5Dに含まれる粒子軌道や分布シアに起因した大域的効果の検証を進める予定であったが、解析手法の開発や検証などに困難が生じたため、遅れが生じることとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまでに実施した線形解析の計算結果についてより詳細な解析を行い、3次元磁場プラズマの乱流輸送における大域的軌道・分布効果の検証を行う。既に研究課題の進展に遅れが生じているため、令和６年度は、線形乱流現象の解析のみを集中的に行う。結果については、既に解析手法が確立している局所コードとの比較を詳細に行い、磁場閉じ込めプラズマにおける輸送・閉じ込め劣化の主要因となっているイオン温度勾配駆動型乱流に含まれる大域的性質の基礎的メカニズムについて詳細に調べる。
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Report
(5 results)
Research Products
(30 results)
