2001 Fiscal Year Annual Research Report
トーラスプラズマの超新古典輸送と大域的輸送の理論研究
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10680479
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| Research Institution | Natiomal Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
岡本 正雄 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (70115541)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅野 龍太郎 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (30270490)
村上 定義 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (40249967)
中島 徳嘉 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (30172315)
高丸 尚教 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (20241234)
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| Keywords | トーラスプラズマ / 超新古典輸送 / 大域的輸送 / Delta-f法 / クーロン衝突 / 重み法 / ポテト粒子 / 非局所輸送 |
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| Research Abstract |
標準新古典理論の枠を越える超新古典的輸送及び大域的輸送の研究のためのDelta-f法モンテカルロ粒子シミュレーション・コード「FORTEC」を完成させた。「FORTEC」では(1)テスト粒子分布関数から平衡の分布関数及び摂動の分布関数を抽出するため重みを2ヶ導入し、それぞれの重みの発展方程式を導いた。この発展方程式は、Delta-f法の根幹をなす。(2)衝突における粒子数・モーメンタム・エネルギーの保存を殆ど完全に満たす衝突モデルを考案した。この衝突モデルにより同種粒子による粒子束が正確に計算できる。また、本来的両極性拡散も保証される。(3)イオン・イオン衝突で生ずる粒子束を正確に計算し、この粒子束がゼロのなるように径電場が発展するアルゴリズムを開発した。これにより、トカマクにおける新古典的径電場が正確に決定されるようになった。このように、重みや衝突モデルなどにおいて画期的な新しいアルゴリズムを考えることにより「FORTEC」は完成された。「FORTEC」を用いて標準新古典論の範疇に入らない磁気軸近傍のプラズマ輸送、圧力勾配が大きい領域での輸送、新古典的径電場の決定などで研究成果を得た。
粒子軌道が大きく異なる磁気軸近傍では新古典輸送は大きく異なる。粒子軌道が複雑になる領域の半径方向の幅は安全係数に比例する。負磁気シアー配位は磁気軸での安全係数は非常に高いのでこの問題は極めて重要である。このため、本研究では、シミュレーションのみならず磁気軸近傍の輸送理論を構築した。考察した輸送理論では、運動の恒量を用いて輸送方程式のラグランジュ表示を導いた。得られたラグランジュ表示は局所輸送理論の形をしているが、軌道幅の有限性は取り入れられている。この輸送理論の解析結果はシミュレーションの結果と矛盾しない。
大域的輸送の問題を、本研究では、磁場が乱れている場合においても研究した。平衡の磁場に摂動部分を加え乱れた磁場を生成し、その中で多数の粒子を運動させ、キュムラント、自己相関を計算した。いくつかの有利面上に磁気島を生成させる。乱れが小さいときは各磁気島は独立であるが、乱れが大きくなると磁気島は重なり合う。殆どの場合、拡散の統計的過程は、非一様、非ガウス過程、非定常、非マルコフ過程で亜拡散的(sub-diffusive)になることが分かった。これはわずかな磁場の乱れがあると拡散現象は非局所的大域的輸送になることを意味している。
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[Publications] S.Satake, H.Sugama, M.Okamoto, M.Wakatani: "Classification of Particle Orbits near the Magnetic Axis in a Tokamak by Using Constants of Motion"Journal of Plasma and Fusion Research. Vol.77, No.6. 573-585 (2001)
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[Publications] A.Maluckov, N.Nakajima, M.Okamoto, S.Murakami, R.Kanno: "Statistical Properties of the Neoclassical Radial Diffusion in a Tokamak Equilibrium"Plasma Physics and Controlled Fusion. 43. 1211-1226 (2001)
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[Publications] 林隆也, 三浦英昭, 菅野龍太郎, 中島徳嘉, 岡本正雄, 佐藤哲也: "ヘリカル系プラズマ三次元平衡における磁気島"Journal of Plasma and Fusion Research. Vol.77, No.6. 594-600 (2001)
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[Publications] 岡本正雄, 高丸尚教, 中島徳嘉, 村上定義, 冨田幸博, 菅野龍太郎, 佐竹真介: "核融合プラズマのモンテカルロ・シミュレーション"「モンテカルロ法による粒子シミュレーションの現状と課題」日本原子力学会編. 90-114 (2002)
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[Publications] 岡本正雄, 村上定義, 中島徳嘉: "「高エネルギー粒子、新古典輸送シミュレーション研究」小特集 磁場閉じこめ核融合プラズマシミュレーション研究の最近の進展 第3節"Journal of Plasma and Fusion Research. Vol.77, No.6. 521-557 (2001)
