磁場中プラズマの輸送過程に関する理論・シミュレ-ション研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01580012
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 西川 恭治 広島大学, 理学部, 教授 (40025309)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 草野 完也 広島大学, 理学部, 助手 (70183796) ; 田中 基彦 文部省, 核融合科学研究所・理論シミュレーションセンター, 助教授 (80167501)
• Keywords: 核融合 / プラズマ / 粒子シミュレ-ション / マクロ(巨視的)スケ-ル / 運動論 / 完全インプリシット / キンク不安定性 / 輸送

Research Abstract

昨年度までに、「ほぼ一様」な密度・磁場分布をもつ磁化プラズマについて、巨視的スケ-ルでの微視的(運動論的)シミュレ-ションが行える、マクロスケ-ル粒子コ-ドが開発・完成された。
今年度は、密度・磁場の「非一様性」を有する核融合プラズマでの巨視的且つ運動論的な非線形現象を取り扱うことを目指して計算機コ-ドの改良を行った。すなわち、次の3条件:1)Δt》ω_<co>^<ー1>〜ω_<po>^<ー1>),2)強い密度・磁場の非一様性が扱えること,3)ト-ラス形状,非円形トロイダル断面など,自由な形状を扱えること,のなかで,すでに満たされている1)の他に2)をクリアして、更に3)への将来の拡張性を持つように改良を行った。すなわち、電磁場の方程式を解くために、今まで採用していたフ-リエ展開を全方向には用いず、非一様性の存在する方向に関して物理量の局在性がよく表現できる実空間での解法を導入した。このとき、超多変数(3次元では少なくとも数千個以上)で係数がプラズマ形状に応じた空間依存性を持つ「電磁場・粒子結合方程式」をシミュレ-ションの時間ステップ回数だけ解く必要がある。今年度の研究では、この結合方程式が、逐次代入法を用いて比較的速く収束することが見出された。
非一様系への基礎的応用として、5年前に調べたキンク不安定性について、今回開発した3次元デカルト座標系での完全インプリシット版マクロスケ-ル粒子コ-ドを用いて、再度電流のキンク不安定性のシミュレ-ションを行った。その結果、予想通りm/n=1/1のキンク不安定性が生じ、壁にぶつかることなく飽和することが確認された。

Research Products

• [Publications] B.Batlocharyya,T.Watanabe and K.Nishikawa: "Single Particle and Fluid Picture for the Ponderomotive Drift in Cold Magnetized Plaswas" Journal of Physical Society of Japan. 59. 2776-2781 (1990)
• [Publications] K.Kusano,T.Tamano and T.Sato: "Simulation Study of Nonlinear Dynamics in Reversed Field Pinch Configuration" Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research (IAEA). (1991)
• [Publications] Kyoji Nishikawa: "Drift Across Magnetic FieldーSingle Particle Picture and Fluid Picture" Proceedings of the Tenth European School on Plasma Physics. (1991)
• [Publications] Kyoji Nishikawa: "DawsonーOberman Formula for HighーFrequency Conductivity and Anomalous Absorption of Intense Electromagnetic Field" Proceeding of the International “Dawson" symposium on the Physics of Plasmas. (1991)
• [Publications] K.Kusano,K.Kunimoto,M.Kumano,T.Tamano and T.Sato: "Simulation study of MHD Rolaxation and Recounection Processes" Proceedings of the 2nd Toki Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion. (1991)
• [Publications] Motohiko Tanaka: "3ーD Electromagnetic Macroscale Particle simulation of Inhomogeneous Magnetized Plasmas" Proceedings of the 2nd Toki Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion. (1991)
• [Publications] K.Nishikawa and M.Wakatani: "Plasma PhysicsーBasic Theory with Fusion Applications" Springer Verlag,FRG, 312 (1990)