多粒子種グローバル運動論コードによる選択的加熱を用いた輸送制御方法の開拓
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20K03903
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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 | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今寺 賢志 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90607839)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸本 泰明 京都大学, エネルギー科学研究科, 名誉教授 (10344441)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 核融合プラズマ / 乱流輸送 / ジャイロ運動論 / 粒子輸送 / 選択的加熱 / 沿磁力線座標系 / GPU並列 / ジャイロ運動論シミュレーション / 内部輸送障壁 / 燃料粒子補給 / 輸送モデリング / ニューラルネットワーク / 核融合 / プラズマ科学 / 大規模シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
次世代の基幹エネルギー源として期待されている核融合エネルギーの実用化に向けて、粒子と熱の輸送制御に関する研究をスーパーコンピュータを用いた大規模シミュレーションによって行っている。特に本研究では、重水素・三重水素・ヘリウムなど複数の粒子種が存在した系において、どのように輸送制御を行えば、核融合反応に必要な燃料の供給とヘリウム灰の排出が両立可能かについてシミュレーションを用いた解析を行う。併せてそれらのシミュレーション結果を基に、輸送の先進的なモデリングを機械学習を用いて行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度の主な成果は以下の2点である。
(1) 選択的加熱による粒子輸送の制御
第一原理ジャイロ運動論コードGKNETを用いてグローバルな乱流輸送シミュレーションを行い，令和4年度に明らかとなった選択的加熱を行った場合の粒子輸送の差異について詳細に解析した。その結果，イオン加熱のみを行った場合は，イオン/電子粒子束の非軸対称成分の総和が負になるのに対して，電子加熱も行った場合は正となることが明らかとなった。これは電子加熱によって，非対角熱拡散項を介して電子粒子束が負になったためと考えられる。また本研究では，そのような有限なイオン/電子粒子束の非軸対称成分を相殺するようにイオン粒子束の軸対称成分が駆動されることが明らかとなった。その結果，イオン/電子加熱を行ったケースでは，イオン粒子束の非軸対称成分と軸対称成分が共に負となり，相乗的な密度ピーキングが達成されることが明らかとなった。
(2) 沿磁力線座標系を導入したGKNETの周辺領域への拡張
コアプラズマを対象とした沿磁力線座標系を導入したGKNET(GKNET-FAC)が取り扱える計算領域をSOL/ダイバータ領域まで拡張するため，X点近傍では直交座標系を，ダイバータ板近傍では非直交座標系を採用した混合座標系を導入した。その結果、GKNET-FACと，SOL領域とダイバータ領域までその計算領域を拡張したGKNET-Xで同様の固有関数が得られ，分散関係も概ね一致することを確認した。また最外殻磁気面を跨ぐITGモードも取り扱えることを確認し，SOL/ダイバータ領域を含めて正常にコードが動作することを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の主目標である「燃料粒子補給とヘリウム灰排気の両立のための/熱輸送制御」を達成するために，バルクイオンと電子の2種を対象とした詳細な解析が完了し，更にヘリウムを加えた乱流輸送シミュレーションにも着手できたことから，研究は概ね順調に進展している。
また，沿磁力線座標系を導入したGKNETの周辺領域への拡張にも成功しており，進捗状況は良好である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度に着手したバルクイオンと電子，ヘリウムの3種を対象とした乱流輸送シミュレーションを継続的に行い，燃料粒子補給とヘリウム灰排気の両立を目指す。
また令和5年度に完成したGKNET-Xについても，電磁版への拡張など，より現実に即したモデルの実装を目指す。
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Report
(4 results)
Research Products
(50 results)
