2021 Fiscal Year Annual Research Report
Develooment of multi-hierarchy simulation models and investigation of plasma cross-hierarchy phenomena
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16K17847
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
宇佐見 俊介 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (80413996)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 多階層 / 磁気リコネクション / 球状トカマク / 不安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマにおける様々な階層横断現象を扱う多階層シミュレーションモデルの開発・改良を、実空間分割型とパラメータ繰り込み型の大きく2種類に分けて行い、さらに、それらのモデルを支える第一原理的なシミュレーションによる物理探究を行った。
実空間分割型モデルは、磁気リコネクション現象をターゲットとした。その技術的な課題として、理想磁気流体(MHD)－粒子（PIC）の連結から、拡張MHD－PICの連結、MHD－衝突効果ありのPIC－PICの三階層連結、領域を時間的に切り替える連結などの手法を開発した。物理的な課題面では、磁気リコネクション下流で階層間連結を正しく行うため、下流におけるプラズマ物理機構を探求し、様々な特異な速度分布が形成されること、および、その形成機構を明らかにし、体系化することに成功した。
パラメータ繰り込み型モデルの開発面では、磁気リコネクションのトリガーともなるドリフトキンク不安定性、レイリーテイラー不安定性に焦点を当てた。上述した実空間分割型でも用いている粒子コードを用いて、それぞれの現象の粒子シミュレーションを様々な条件を変えて行い、電気抵抗などとして表される運動論効果をモデル化した。ドリフトキンク不安定性については、モデル化した電気抵抗を組み込んだ地球磁気圏MHDシミュレーションを行った。
一方で計算機および計算科学技術の進歩により、全系に近い状況で粒子シミュレーションを行うことも可能なケースも出てくるようになった。そこで球状トカマク装置を例に挙げ、その装置内部を摸擬したプラズマ合体の粒子シミュレーションを行うことに成功した。得られた結果を解析し、流体的な描像で見ると圧縮加熱、粘性加熱に分類される機構に潜むミクロな根本物理を解明した。この成果をモデル化してMHDシミュレーションに組み込むことを計画している。
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