2016 Fiscal Year Research-status Report
トロイダル回転がL-H遷移に与える影響に関する第一原理シミュレーション研究
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16K18342
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
瀬戸 春樹 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, 博士研究員(任常) (90733692)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 簡約化MHDモデル / 非理想バルーニングモード不安定性 / 周辺プラズマ安定性 / L-H遷移 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、研究スタート支援（課題番号：26889068）で得られた知見を基に、BOUT++コードにおける非共鳴成分の数値コード内の実装について調査を行った。BOUT++コードでは沿磁力線座標系を採用しており、ポアソン方程式を解いて渦度から静電ポテンシャル計算する際にはフルート近似を用いて磁力線に垂直な2方向の境界値問題へと簡略化を行っている。非共鳴成分に対するラプラス演算子の磁気座標系における表式との対応を調査した結果、磁気座標系においては小半径方向１次元の表式と等価となっていることが分かった。現在、L-H遷移の再現に向けて非共鳴・長波長モードに適した3次元ポアソンソルバーの開発を行っている。
BOUT++の非共鳴・長波長成分の取扱いに問題があることが明らかになったため、研究計画を変更して線形化グラッド・シャフラノフ平衡に基づく磁気平衡ソルバーの開発を行い磁気平衡モデルの高度化を行った。
トーラス配位におけるL-H遷移の非線形シミュレーションに向けて、従来の円柱配位の簡約化MHDシミュレーションで計算資源節約のために用いられている現実のプラズマより高い抵抗率や重い電子質量がトーラス配位における非理想バルーニングモード型不安定性に与える影響を無衝突バルーニングモード（CBM）/抵抗性バルーニングモード（RBM）不安定性の線形計算から検証した。
同一の圧力シア・磁気シアを持つ円形断面平衡とD型平衡に対するCBM/RBM不安定性の線形成長率の抵抗率と電子表皮長に対するパラメータスキャンから、形状効果を導入した周辺プラズマ安定性解析と乱流計算には現実的な抵抗率と電子表皮長を用いる必要があることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コード開発に関しては、BOUT++コードを用いたL-H遷移シミュレーション手法の構築にポアソンソルバーの大幅な改修が必要であることが明らかになったため当初の計画から遅れが生じている。トロイダル回転を取り入れたL-Hモデルの構築に関しては、当初の計画通りHazeltine-Meissの4場（渦度、磁気ポテンシャル、圧力、イオン平行流）の簡約化MHDモデルに平行流とポロイダル回転の寄与を取り入れた径方向の力の釣り合いを記述する新古典平行粘性を導入した表式を導出した。磁気平衡モデルの実装に関しては研究計画を一部前倒しして、線形化グラッド・シャフラノフ平衡に基づく磁気平衡ソルバーの開発を行い磁気平衡モデルの高度化を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題の遂行においては、簡約化MHDコードにおける非共鳴成分(n=0)の自己無道着な取扱いがL-H遷移を駆動する径電場シアを記述する径方向の力の釣り合いの表現と電磁プラズマ乱流系における平均流成分とプラズマ平衡の結合において重要であるため、ポアソンソルバーの三次元化を最優先課題として遂行する。
また、コード検証の過程で現在の2次元ポアソンソルバーにおいても非共鳴成分のポロイダルモード成分のm=0成分のみを系に残して径方向１次元のポアソンソルバーと等価な実装にすることで数値振動が抑えられうることが明らかになった。熱源駆動型の電磁プラズマ乱流系における非線形計算に必要となる簡約化MHDコードと平衡コードの結合手法の構築に関しては、従来のポアソンソルバーの非共鳴成分に対して(m,n)=(0,0)成分のみを取り入れた系で予備検討を行うことにより、実施予定項目の早期達成に努める。
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| Causes of Carryover |
当初は国内で開催される国際会議への旅費とデータ解析用の計算機の物品購入費を計上していたが、BOUT++コードのポアソンソルバーの3次元化に向けてBOUT++コードの主開発者であるB.D. Dudson博士（ヨーク大学）との研究打合せが必要となったため、計画を変更して外国出張を行った。以上の理由のため、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度未使用分を数値シミュレーションの遂行に必要となる計算資源の購入等にあてる予定である。
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