2005 Fiscal Year Annual Research Report
異なった時空間スケールの乱流間相互作用と輸送構造に関する研究
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15560721
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| Research Institution | Graduate School of Energy Science, Kyoto University |
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Principal Investigator |
岸本 泰明 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (10344441)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井戸村 泰宏 日本原子力研究開発機構, 那珂核融合研究所・核融合研究開発部門, 研究員 (00354580)
宮戸 直亮 日本原子力研究開発機構, 那珂核融合研究所・核融合研究開発部門, 研究員 (80370477)
矢木 雅俊 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70274537)
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| Keywords | 多階層・複合系プラズマ / 乱流間相互作用 / ジャイロ流体シミュレーション / 電子温度勾配モード / イオン温度勾配モード / 層流・帯状流 / フラクタル次元 / 確率密度分布関数 |
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| Research Abstract |
本本研究は、核融合プラズマにおいて創出される内部輸送障壁等の送現象を支配する物理過程を解明するため、トカマクプラズマ中に発生する幅広い時空間スケールの揺らぎと揺らぎ間の相互作用を解析する"多階層・複合系プラズマ"に関わる理論・シミュレーション手法を開拓することを目的としている。
本年度は、微視的乱流輸送に対する巨視的構造の役割とそのようなプラズマの統計的特性を明らかにするとともに、イオン温度勾配乱流によって生成される長波長の帯状流がよりミクロスケールの電子温度勾配乱流による帯上流生成に与える影響など、スケール間の異なった揺らぎ間の相互作用に関する理論・シミュレーション研究を進展させた。具体的内容は以下の通りである。
1)電子温度勾配モードの飽和機構に関する研究:電子温度勾配(ETG)モードは帯上流生成率が低いことから帯上流ではETGモードの飽和を説明することができない。電子温度勾配モードに対するジャイロ流体シミュレーション及び変調不安定性解析を行い、微視的モード非線形結合もしくは変調不安定性によって生成される巨視的なビート波がETGモードに再度作用することによりETGモードの飽和に寄与することを明らかにした。また、この物理機構は、巨視的モードによる微視的モード間の結合に起因するものであることを示した。また、帯状流によって支配されたETG乱流の特性を、PDFやフラクタル次元、リアプノフ指数やコヒーレンス解析により明らかにした。帯状流に強く支配された乱流の自由度は低下し、コヒーレンス性が増大することなどが分かった。
2)任意の径方向波長と振動周波数を持つ平均流が、ミクロスケールで電子温度勾配(ETG)乱流による帯上流生成に与える影響を、平均流を取り入れた変調不安定性解析を行うことにより明らかにした。例題として、より長波長のイオン温度勾配(ITG)乱流の作る帯状流を平均流と仮定して解析を行い、その結果、平均流はETG乱流駆動の帯上流生成率を低下させることを示すとともに、その物理機構を解明した。
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