2004 Fiscal Year Annual Research Report
運動論的MHDモデルによる核燃焼プラズマのMHD特性の研究
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15560716
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
内藤 裕志 山口大学, 工学部, 教授 (10126881)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福政 修 山口大学, 工学部, 教授 (20026321)
矢木 雅敏 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (70274537)
徳田 伸二 日本原子力研究所, 計算科学技術推進センター, 主任研究員 (60354578)
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| Keywords | 核融合 / 拡張MHDモデル / 運動論的モデル / 内部キンクモード / 渦 / ケルビン・ヘルムホルツ不安定 / 国際情報交換 |
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| Research Abstract |
国際熱核融合炉実験炉(ITER)の炉心プラズマでおこる、MHD的不安定モードの成長から微細構造形成へ至る過程を超並列スーパーコンピュータ上で模擬し、その物理的機構を明らかにし、これによってITERにおける物理現象を予言できる物理的知見を構築することを目的として以下の研究結果を得た。
線形シミュレーションの結果:
1.従来は、基礎方程式として、3場のジャイロ簡約MHD方程式系を用いていたが、イオンのランダウ減衰の効果を取り入れるため、5場のジャイロ簡約MHD方程式系に拡張した。
2.トカマクの鋸歯状振動の崩壊過程に関与する運動論的内部キンクモードは、密度勾配が大きくなると、反磁性効果により境界層理論では安定化するが、より厳密な取り扱いをしているシミュレーションでは弱い不安定性が残る。この弱い不安定性がイオン温度を上げた場合、イオンのランダウ減衰により安定化するパラメータ領域があることがわかった。
非線形シミュレーションの結果:
1.電子の無衝突スキン長とプラズマ小半径の比率を実際の実験値に近づけたシミュレーションにより、密度勾配がある場合には、線形の流れの構造にポロイダル方向のシア流が存在し、このシア流が一定値を超えるとケルビン・ヘルムホルツ的不安定性により渦が形成されることがわかった。
2.この渦は時間発展の過程でより細かい空間スケールの渦にカスケードする。
3.渦は運動論的内部キンクモードと強い相互作用をする。この渦の効果は従来の理論・シミュレーションでは含まれていない。したがって、鋸歯状振動の崩壊過程に伴う未解明の物理を解明する鍵の一つであることを示唆している。
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