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Fully conservative scheme for relativistic Vlasov simulation including collision terms

Research Project

Project/Area Number 19K21038
Project/Area Number (Other) 18H05851 (2018)
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund (2019)
Single-year Grants (2018)
Review Section 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
Research InstitutionNational Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (2019)
Osaka University (2018)

Principal Investigator

Shiroto Takashi  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, 研究員(任常) (10827520)

Project Period (FY) 2018-08-24 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords計算物理学 / 核融合プラズマ / 運動論プラズマ
Outline of Research at the Start

核融合プラズマのダイナミクスを記述する相対論的Vlasovシミュレーションでは、保存則に代表される物理法則が数値エラーによってしばしば破られる。本課題では、支配方程式と物理法則は微分積分学の数学公式により密接に結びついていることに着目し、数値シミュレーションにおいてもこの関係性を保持するような性質の良い計算法を開発する。また、開発した計算法を元に数値実験を行い、その実用性を検証する。

Outline of Final Research Achievements

In this work, a mass-momentum-energy-conserving scheme for relativistic Landau-Fokker-Planck equation, which has been used for dissipative kinetic plasma simulations, was demonstrated for the first time. In addition, we developed a mass-momentum-energy-conserving discontinuous Galerkin scheme for non-relativistic Rosenbluth-Fokker-Planck equation in order to demonstrate a faster algorithm than the Landau formulation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非相対論的Fokker-Planck衝突項の保存スキーム開発は1980年代から数多く行われてきたが、相対論的方程式に対する保存スキーム開発は不可能であると認識されてきた。本研究では数学と物理学の関係を離散化レベルで厳密に再現することにより、数十年にわたる未解決問題を解決することに成功した。保存スキームの開発によりこれまでよりも長時間信頼できるシミュレーションが可能となるため、これまで計算資源の都合で議論が困難であったプラズマ物理課題に着手できるようになり、核融合発電の実証に資する。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Structure-preserving strategy for conservative simulation of the relativistic nonlinear Landau-Fokker-Planck equation2019

    • Author(s)
      Shiroto Takashi、Sentoku Yasuhiko
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 99 Issue: 5 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1103/physreve.99.053309

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Landau形式の相対論的Fokker-Planck衝突項に対する構造保存スキーム2019

    • Author(s)
      白戸 高志、千徳 靖彦
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] A structure-preserving scheme for the Landau-Fokker-Planck equation with the relativistic kernel2019

    • Author(s)
      Takashi Shiroto, Yasuhiko Sentoku
    • Organizer
      61st Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 関数解析に基づくRosenbluthスキーム2019

    • Author(s)
      白戸 高志、相羽 信行、松山 顕之、矢木 雅敏、千徳 靖彦
    • Organizer
      第36回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Structure-preserving schemes for high-energy-density plasmas2019

    • Author(s)
      Takashi Shiroto
    • Organizer
      US-Japan JIFT workshop on "Multi-scale Simulations in Plasma Physics"
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-08-27   Modified: 2024-03-26  

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