2017 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
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15K06651
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
市口 勝治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (90211739)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 核融合プラズマ / 数値シミュレーション / 電磁流体力学 / 大型ヘリカル装置 / 安定性 / 交換型モード / シアフロー / 崩壊現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度においては、前年度に行った、大型ヘリカル装置でのプラズマでの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についての研究を発展させた。
まず、前年度開発した、一次元の実験データを用いて全トーラスにわたる三次元フロープロファイルを計算する手法を進展させた。前年度の手法では、かなり煩雑な多段階のフーリエ変換を採用していたが、今年度は、別の座標系を中間的に利用することにより、計算を非常に簡便に行うことができるように改良した。これにより、計算精度、計算時間ともに改善することができた。
次に、この三次元フローを用いた電磁流体力学的安定性解析を行った。今回、フローがない場合において、交換型モードに対して実験データよりも非常に不安定な平衡を便宜的に用いることとした。まず、比較のために、フローのない場合の計算を行った。この場合、運動エネルギーの時間発展を追跡すると、線形発展ののち、非線形飽和が生じる。この非線形飽和時には、強烈な圧力分布の崩壊現象が見られた。これに対し、実験結果から得られた三次元フローを加えた計算を行った。この計算では、上記で計算した三次元フローを初期摂動に加えて時間発展を追跡する。初期フェーズにおいては、全運動エネルギーはほぼ一定で推移する。これは、初期に与えたフローの運動エネルギーを反映している。摂動エネルギーが初期フローエネルギーに到達すると、フローなしの場合とほぼ同じ経路をたどる。そして、非線形状態においても、同様の崩壊現象が生じてしまうことが得られた。そこで、実験データの10倍の大きさのフローに対して同様の計算を行ったが、同様の結果しか得られなかった。この原因については、採用した平衡があまりにも不安定であって、実験データフローの影響が小さかったこと、さらに、粘性効果によって、初期フローの減衰が生じたことによると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
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の解析が進んでいる。巨視的シアフローの計算手法が改善され、また、そのフローを用いた安定性解析も進みつつある。今年度の解析では、その影響は完全には明らかにされていないが、その原因が解明され、今後の進展が見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度には、実験データを用いた巨視的シアフローの計算方法を改良し、その手法を確立した。また、このフローを、サンプル的なきわめて不安定な平衡に対して適用し、その安定性に対する影響を調べた。残念ながら、この計算では、明確な影響をとらえることはできなかったが、その原因が明らかとなっている。そこで、平成30年度においては、このフローと交換型モードとの相互作用を明らかにしている作業を発展させる。まず、粘性効果による初期フローの減衰を抑制する手法の開発を行う。この場合、プラズマ境界での運動量の空間勾配がきわめて大きい状況になっていることが要因の一つとなっている。これは、プラズマ密度の初期分布をプラズマ内部において一定であるという仮定を採用したことによる。そこで、まず、動径方向になめらかな初期密度分布を導入し、プラズマ境界での勾配を小さくする。また、運動方程式において、粘性によって減衰したフローを補正する項を導入し、時間発展において初期フローで与えた運動量が保持されるように計算コードを改良する。さらに、採用した平衡がきわめて不安定なものであったため、これに変えて、フロー計算に対応する実験データの平衡を採用する。実験での平衡は、サンプル平衡よりも安定な性質を持っているため、フローが安定化効果を持っていれば、その効果が顕著に表れると予想される。ただし、この解析には、これまでよりも大きな計算容量と長い計算時間が必要となる。一方、大型ヘリカル装置での実験では、不安定性が成長し崩壊現象が生じる場合には、プラズマの回転が止まっていることが観測されている。そこで、本研究で得られた結果を基に、このフローと崩壊現象との関係について議論を行う。また、回転停止とモード成長の因果律に対しても、考察を行う。さらに、プラズマ回転停止に対する磁気島や残留誤差磁場の影響についても解析を進める。
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| Causes of Carryover |
今年度出席した国際研究集会の開催地を、申請時においては外国であると想定していたが、実際は日本国内で開催された。そのため、出席に必要な旅費が、外国出張旅費から国内出張旅費に変更となり、その差額として、次年度使用額が生じた。この次年度使用額は、次年度の国際あるいは国内研究集会旅費に充当する。
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