2018 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 – 2020-03-31
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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偏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。
3次元磁場構造中で形成される乱流構造に関して、その実験観測描像も含めた解析を行った。LHD実磁場配位のもとでの微視的乱流について、複数のフラックスチューブシミュレーションを組み合わせることで、3次元的に磁場が分布する中での揺動の構造を調べた。イオン温度勾配不安定性の線形成長率及び非線形飽和状態における揺動強度の分布を計算した。LHDにおいてはトロイダル方向の依存性が弱いことが確かめられた。さらにシミュレーション空間から実空間への変換ルーチンを整備することにより、それぞれの揺動が実験的に得られる線積分信号にどれだけの寄与をするか評価を可能とした。また、線積分信号から局所情報を抽出する操作に統計的信号処理技法を適用し、空間非対称性が弱い観測対象に対して、データ再構成を行うことで非対称性が拡大する傾向を見た。一方、イオン温度勾配不安定性の基本的な性質を理解するために、ジャイロ流体モデルを用いて線形解析を行った。有限ラーマ半径効果を含む解析式を導出し、それにより数値解を説明した。
磁場配位に対する不安定性の依存性を解析するために、トカマク平衡計算で得られる3次元磁場分布をMHDコードに導入するルーチンを新たに作成した。圧力緩和現象における3次元ダイナミクスを可視化することができる。
このように磁場配位由来のプラズマ乱流構造形成を中心とし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、複数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。本年度はジャイロ運動論モデルシミュレーションから得られる微視的乱流の解析へと対象を拡大することができた。そして3次元実磁場配位の効果を評価するためのデータ解析ルーチンを開発、適用することで成果を挙げ、実験観測描像も含めた論文をまとめることができた。さらに多様なプラズマ形状に対する非線形ダイナミクスを評価するためのコード開発も進展している。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 |
本研究ではトロイダル磁場閉じ込めプラズマにおける乱流ダイナミクスについて、1)簡約MHDモデルを用いた物理機構、2)MHDモデルを用いた磁場配位効果、3)実験計測を念頭に置いた数値診断手法の開発に取り組み、それぞれ成果を挙げてきた。2)についてヘリカルプラズマの3次元性という問題に最初から取り組むよりも、トカマクプラズマで発現する3次元構造の磁場配位依存性を検討する方が因果関係の同定に役立つという考えに至った。そのためにトカマク平衡データをMHDコードに導入するルーチンを作成した。本年度は非線形シミュレーションにより、磁場配位からもたらされる不安定モード構造の違いが、非線形的なモード結合とともに分布変化へ与える効果の定量的評価を行う。そして成果を取りまとめる。
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| Causes of Carryover |
研究打ち合わせ旅費を別経費にて支出できたこと、データサーバに関して現有装置の拡張を別経費にて対応できたことにより、次年度使用額が生じた。研究期間を一年延長し、最終年度には成果の取りまとめを行い、学会発表および論文投稿の費用として執行する。
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