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 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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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4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
グローバルなジャイロ運動論シミュレーションを行い，ITGモード乱流とTEM乱流を選択的に励起した場合の粒子輸送の差異について解析した。その結果，イオン/電子加熱によってイオン/電子温度を共に急峻にしたケースで，粒子ピンチとそれに伴う密度ピーキングが起きることを明らかにした。この粒子ピンチはイオン加熱によってイオン温度勾配のみが急峻な場合，あるいは電子加熱によって電子温度勾配のみが急峻な場合には起きないことから，選択的加熱によって粒子輸送の制御が可能であることを示唆している。
(2) 沿磁力線座標系の導入とコアプラズマを対象としたグローバルなジャイロ運動論シミュレーション
沿磁力線座標系をグローバルジャイロ運動論コードGKNETに導入することで，磁気面座標系や円筒座標系では解像するのが困難であった高ポロイダルモード数の不安定性をポロイダル方向に少ないメッシュ数で解像できるようにした。また，GKNETとトカマク平衡計算コードを結合するインターフェースを導入することで，従来のGKNET では扱えなかった上下非対称平衡を含むトカマク実平衡を用いたシミュレーションを可能にした。加えてそれらの検証のため，この拡張したバージョンを用いて，JT-60SA ITER-like 平衡におけるコアプラズマを対象としたグローバルなジャイロ運動論シミュレーションを行った結果，高ポロイダルモード数の線形ITG不安定性を解像するために必要なメッシュ数が，磁気面座標系を用いる場合と比較して1/94 に削減できることを実証した。
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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粒子/熱輸送制御」を行うにあたってまず，バルクイオンと電子の2種を対象とした粒子輸送シミュレーションが本年度完了したことから，研究は概ね順調に進展している。また，沿磁力線座標系の実装が完了したことは，今後のシミュレーションを効率よく実施する上で有意義な成果であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度，バルクイオンと電子の2種を対象とした粒子輸送シミュレーションが完了したことから，それを論文としてまとめた後，ヘリウムを含めた3種を対象とした粒子輸送シミュレーションを令和5年度内に実施することを目指す。その推進方策としては，(2)で開発したコードの利用を計画している。
一方，本研究課題の別テーマである「グローバルな粒子/運動量/熱輸送係数のモデリングの高度化」については，ニューラルネットワークを用いたグローバルな輸送モデリング手法を既に考案していることから，それを実データに適用し論文としてまとめる。
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Report
(3 results)
Research Products
(34 results)
