2015 Fiscal Year Research-status Report
圧力駆動型モードによるプラズマ構造変化に対する共鳴摂動磁場とシアフローの影響
| Project/Area Number |
15K06651
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
|---|
Principal Investigator |
市口 勝治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (90211739)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 核融合プラズマ / 数値シミュレーション / 電磁流体力学 / 交換型モード / プラズマフロー / 圧力崩壊 / 磁気面破壊 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、大型ヘリカル装置（LHD）におけるプラズマにおいて、交換型モードに対するフローの効果を、三次元シミュレーションで解析した。このような研究では、本来は、フローを含む平衡を求め、それに対して摂動の成長を吟味すべきであるが、現在、ヘリオトロン配位に対してこのような平衡を計算する手法は確立されていない。そこで、今回は、静止平衡を用い、フローを初期摂動と同時に与えることによって、プラズマの時間発展を解析した。さらに、フローにはポロイダル成分のみを取り入れ、フローのプロファイルは、実験で観測されているものに近い形状を採用し、回転変換が１の有理面上で有意なシアフローが存在するようにした。このプロファイルを固定して、その絶対値を変化させた場合について解析を行った。
フローの無い場合に交換型モードが強く不安定な平衡を選んで計算を行った。この場合、有限の電気抵抗、粘性、熱伝導効果のために、m=4/n=4モードが支配的なモードとして成長し、非線型飽和後に圧力分布に対して大きな崩壊現象をもたらし、同時に、磁気面も破壊されストキャスティックになっていくことが得られた。これに対して、このフローなしの場合の飽和レベルと同程度の運動エネルギーを持つフローを加えた場合には、交換型モードの成長が弱められることが得られた。このとき、支配的なモードは m=2/n=2に減少し、同時刻での圧力崩壊も磁気面破壊もかなり抑えられている。さらに、フローなしの飽和レベルよりも２桁程度大きな運動エネルギーを持つフローを加えた場合には、モードの成長は見られず、圧力分布にも磁気面形状にも、変化は見られなかった。
以上の結果から、十分大きなポロイダルフローによって、LHDでの交換型モードが安定化され得ることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ヘリオトロンプラズマの安定性に対するフローの効果の定性的な結果が得られており、研究はおおむね順調に進んでいるといえる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究では、ヘリオトロンプラズマの交換型モードに対して、プラズマフローが安定化の寄与を持つことが定性的に明らかとなった。しかし、実験との定量的比較を行うためには、この解析において次の2点において、さらに進展させるべき事項が残っている。一つは、この解析に用いたプラズマフローが、実験結果を模擬しているとはいえ、単なるモデルに過ぎない点である。特に、ポロイダル成分だけを取り入れ、トロイダル成分は無視している。そこで、この点を改良し、理論面から矛盾のないフローの定式化を行い、さらに、実験データを組み込んだフローのプロファイルを構築する。そして、このフローによる安定性への効果に対するシミュレーションを行い、実験結果と比較する。2つめの点は、フローの効果を初期摂動として与えている点である。この点に関しては、次のようなスキームを検討している。まず、低ベータで十分大きなフローを用いて今回と同じ解析を行い、定常状態を求める。この定常状態に対して、ベータ値を徐々に上昇させ、力のバランスを変化させることによって摂動を加え、安定性に対する影響を調べる。こうすることにより、与えられたフローに対するベータ限界を矛盾なく求めることができる。このようにして、入れ子状の磁気面を持つ平衡に対するフローの効果が包括的に明確になった後には、共鳴摂動磁場を加え、磁気島との相互作用の解析を行う。
|
| Causes of Carryover |
３月中旬の出張経費（約55,000円）については、精算払いであったため、支払日が４月となった。機関のルール上、４月支払分については年度内の支出に計上されないため、繰越となってしまったが、計画的に執行している。
それ以外は、計画的執行後、小額の残り（約11000円）が生じた。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
3月出張旅費は、事務が4月に支払い手続きを行う。
小額の残りは次年度決定額と合算して有効に利用する。
|
