2018 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 / ヘリオトロン / 大型ヘリカル装置 / 安定性 / 交換型モード / シアフロー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度には、昨年度の非線形シミュレーションを発展させて、交換型モードによる崩壊現象に対するシアフローの研究を推進した。そのために、まず、シミュレーションにおける数値手法の改良をいくつか行った。まず、初期摂動として与えている背景シアフローの粘性による減衰を避けるために、運動方程式に減衰分を補うためのソース項を導入した。次に、プラズマ周辺部でのフローによる運動量を削除するために、一様と仮定していた初期電子密度の分布に、中心で大きく周辺でゼロとなる分布に変更した。また、周辺部での数値的な摂動を抑制するために、プラズマ境界での境界条件を修正した。これらの改良により、背景シアフローとして、実験値の30倍まで大きくした計算を行うことができるようになった。そこで、昨年同様、実験よりも非常に不安定な平衡を対象として、シアフローを含む非線形シミュレーションを行った。その結果、シアフローの大きさを大きくしていくと、実験値の10倍までは、シアフローが大きくなるにつれて、圧力分布の変形が小さくなることが得られた。ところが、実験値の30倍のシアフローを与えると、逆に変形が大きくなり、不安定化の寄与を持つことが得られた。この結果を理解するために、モード構造の解析を行った。その結果、10倍までは、動径方向に偶関数の典型的な交換型モードのモード構造が現れるのに対し、30倍の場合には、動径方向に機関数のモード構造が現れた。このモード構造は、Kelvin-Helmholtz不安定性に対応するものであり、結果として、シアフローの増加ととともに、安定化窓が存在するが、それよりも大きくなると、Kelvin-Helmholtz不安定性によって再び不安定となることがわかった。
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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、今後の進展が見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度では、シミュレーション手法の改良が進み、シアフローによる安定性への影響に関して物理的な議論ができるようになった。そこで、今年度は、より安定な実験に対応するプラズマを対象として、シミュレーションを行い、実験結果との比較を目指す。また、磁気島の存在との関連も解析を行い、プラズマの回転の停止に対する影響も検討する。さらに、実験では、トロイダル電流を増大させることによって不安定状態を作り出しているので、この電流の寄与にも着目する。このとき、電流による回転変換分布の変化によって磁気シアの減少が生じ、これによる不安定化の寄与が大きいと考えられる。これに加えて、インファーナルモードの安定性や、電流そのものによる不安定性についても着目する。
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| Causes of Carryover |
ほぼ計画的に基金を使用し、当該年度受入額のほぼ0.5%の残額であったため、効果的に利用するために次年度において使用することにした。
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