2016 Fiscal Year Research-status Report
核融合プラズマ新古典・乱流輸送に対する予測性能の高度化
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16K06941
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
洲鎌 英雄 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80202125)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐竹 真介 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (70390630)
沼波 政倫 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40397203)
登田 慎一郎 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60332186)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ核融合 / 理論シミュレーション / 新古典輸送 / 乱流輸送 / ジャイロ運動論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヘリカル系プラズマにおける新古典輸送に大きな影響を与えるExBドリフトや磁気勾配ドリフトの磁気面接線方向成分を考慮し、シミュレーション時間の短縮に適した保存形局所近似ドリフト運動論的方程式を新たに導出した。高速のトロイダル流が存在するトーラスプラズマにおける古典・新古典・乱流輸送を記述するジャイロ運動論に対する新しい定式化を行った。
LHDやW7X等のヘリカル磁場配位に対して、幾つかの異なる局所近似モデルを用いた新古典輸送シミュレーションを行い、新古典輸送に対するExBドリフトの効果や各モデルの妥当性を明らかにした。また、高精度の局所近似モデルを用いた新古典輸送シミュレーションにより、LHD型ヘリカル炉FFHR-d1におけるブートストラップ電流分布を予測することに成功した。LHDのようなヘリカル磁場配位およびトカマク配位における捕捉電子不安定モード(TEM)に対する水素イオン同位体効果を調べ、衝突によるTEMの安定化およびTEM乱流輸送の抑制が、軽水素に比べて重水素プラズマにおいてより効果的に起こることを明らかにした。JT-60UトカマクやLHD・ヘリオトロンJ等のヘリカル型装置における乱流輸送の解析を行い、それぞれの磁場配位における不安定モード構造やゾーナルフロー生成の差異を明らかにした。
複数イオン種（水素・ヘリウム・炭素）と電子からなるLHDプラズマに対して線形ジャイロ運動論的シミュレーションを実行し、得られた線形成長率と混合長理論を用いてイオン熱輸送係数の評価を行い、ヘリウム濃度の高い場合にイオン熱輸送が小さくなるという実験結果と一致する傾向が確認された。LHDプラズマにおけるイオン温度勾配(ITG)乱流のジャイロ運動論的シミュレーション結果に基づくイオン熱輸送係数モデルの拡張を行うことにより、運動論的電子の効果を取り入れた。
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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
シミュレーションに適した保存形局所近似ドリフト運動論的方程式の導出や古典・新古典・乱流輸送を記述するジャイロ運動論に対す定式化に新たに成功し、局所モデルに基づく新古典輸送シミュレーションの妥当性の定量的検証やヘリカル炉ブートストラップ電流計算への応用等、計画に沿った成果が得られた。
また、多種イオンプラズマ用に拡張されたジャイロ運動論コードを用いて、LHDやJT-60U等のヘリカル・トカマク装置におけるイオン温度勾配（ITG)・捕捉電子モード(TEM)乱流輸送の解析がなされ、シミュレーションと実験結果との定量的比較や多種イオン・同位体効果・ゾーナルフロー等の物理機構解明に関する研究が進展した。さらに、ジャイロ運動論的シミュレーション結果に基づくイオン熱輸送係数モデルの拡張も進められた。
以上の研究成果は、Phys. Rev. Lett.、Phys. Plasmas、Nucl. Fusion、Plasma Phys. Control. Fusion 等の著名な学術雑誌に掲載され、また、IAEA-FEC2016、APPC-AIP2016等の主要な国際会議において発表され、研究の順調な進捗状況を示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
3次元トーラス磁場配位における粒子・熱・運動量の新古典・乱流輸送を取り扱うドリフト・ジャイロ運動論モデルやシミュレーションコードの更なる精密化や拡張を進める。
LHD等の実験装置における不純物イオンを含む多種イオンおよび電子の新古典・乱流輸送シミュレーションを実行し、密度・温度・電場分布に関する実験結果とシミュレーション結果との定量的比較を行い、理論モデルやシミュレーションコードの検証を進める。
さらに、イオン熱輸送のみならず電子熱輸送や粒子輸送のモデルを構築し統合輸送コードへ適用するため、ジャイロ運動論的シミュレーション結果に基づく輸送モデルの拡張を進める。
また、重要な研究課題として不純物輸送やイオン同位体効果の物理機構解明やその予測精度の向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
当初の計画よりも少ない国内出張回数と外国出張旅費で、順調に研究を進めることができたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究をさらに円滑に遂行するため、国内外の会議参加や研究打合せのための出張等に、有効に使用していく計画である。
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[Journal Article] Moderation of neoclassical impurity accumulation in high temperature plasmas of helical devices2017
Author(s)
J.L. Velasco, I. Calvo, S. Satake, A. Alonso, M. Nunami, M. Yokoyama, M. Sato, T. Estrada, J.M. Fontdecaba, M. Liniers, K.J. McCarthy, F. Medina, B. Ph Van Milligen, M. Ochando, F. Parra, H. Sugama, A. Zhezhera, The LHD Experimental Team, The TJ-II Team
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 57
Pages: 016016-1-13
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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