2017 Fiscal Year Research-status Report
過渡状態における多次元構造の発現と乱流輸送に関する数値診断研究
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16K06938
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
糟谷 直宏 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (20390635)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| Keywords | プラズマ・核融合 / 磁場閉じ込め / 多次元構造 / 過渡応答 / トーラス / MHD / 数値診断 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はトロイダル磁場閉じ込めプラズマにおいて発現する空間3次元構造(多次元構造)が輸送にもたらす効果の定量化を目的とする。トーラスプラズマの輸送現象を理解するためには、プラズマ中の空間的に局在した構造の解明が重要である。様々な局在構造がダイナミクスを伴って存在し、空間多次元構造を持ち得る。本研究では多次元構造のうち、乱流構造から自律的に形成されるものと磁場配位に起因するものの両者を対象とする。効果が顕在化する過渡的な状況の非線形シミュレーションを通じて、輸送への寄与とダイナミクスを明らかにする。
自律的に形成される構造のダイナミクスの素過程に関して、新たな発見があったので重点的に研究を進めた。基礎実験装置を想定し、粒子コードを用いて計算した中性粒子分布を３場簡約流体方程式系の抵抗性ドリフト波乱流シミュレーションに導入した。非線形飽和状態で周方向プラズマ流れが励起される。中性粒子の持つ不安定性の減衰力の大きさが空間的に異なると不安定モードの位相構造を変形し非線形応力を生む機構が明らかになった。ここで中性粒子の非一様性が本質的な役割を果たしているが、種々の不安定性減衰力から同様な効果が予想されるので成果は一般的なプラズマ乱流に応用できる。
磁場配位に関する構造を探るために、LHD実磁場配位を取り込んだ微視的乱流シミュレーションデータ数値診断ルーチンの整備を行った。そして3次元的揺動分布に対して実験計測を模擬したデータ解析を行った。実験的に得られる線積分信号から局所情報を抽出する操作および統計的信号処理技法の適用により、データ解析手法の成熟を図った。さらに3次元磁場配位を取り込んだMHDコードの計算実行環境整備も進めた。
このように本研究で対象とする自律的および磁場配位由来両者のプラズマ構造形成について確実に研究を進展させることができた。
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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
本研究の目的は、2種類のグローバルシミュレーションを通じて、トロイダル磁場閉じ込めプラズマにおいて発現する空間3次元構造(多次元構造)が輸送にもたらす効果を定量化することにある。本年度は簡約流体モデルを用いた3次元グローバルシミュレーションにより、半径方向に分布するモード構造のパラメータ依存性とその非線形結合機構を解析することで、輸送に重要な寄与をする動的な構造形成機構を示すことができた。また、詳細な実磁場配位の効果を評価するためのシミュレーションコードやデータ解析ルーチンの整備も進んでいる。データ解析対象に微視的揺動も含め、適用範囲を広げることができている。よって、研究課題に対して多方面にわたるアプローチを順調に進めることができているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は簡約流体コードを用いてプラズマ乱流の動的構造形成機構について物理的理解を進展させることができた。その理解をヘリカルプラズマの動的応答という問題に適用し、自発的構造形成について研究する。また、本年度環境整備を行った3次元磁場配位を導入可能なMHDコードを用いて、磁場配位からもたらされる不安定モード構造の違いが非線形的に分布変化に与える効果の定量的評価を行う。さらに、本年度開発を進めた実験計測を模擬した数値診断の手法を3次元的なパターン形成機構の解析へ適用する。そして過渡的な状況の非線形シミュレーションを通じて現れる輸送への寄与とそのダイナミクスについてまとめる。
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| Causes of Carryover |
物品として購入した計算サーバは、同性能のものを予定価格よりも安く導入することができた。また、掲載料がかからない雑誌に査読付き論文を投稿、受理されたので、その経費が不要となった。さらに予定していた消耗品を別経費にて支出することができた。そのため次年度使用額が生じた。
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