2018 Fiscal Year Research-status Report
First-principle-based global simulation studies on turbulent transport and profile formations in burning plasmas
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17K14899
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
仲田 資季 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40709440)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 同位体効果 / プラズマ乱流 / 大域シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
燃料同位体イオン(D,T)及び He灰の輸送過程を自己無撞着に扱う第一原理的な解析は、ITERや原型炉における核燃焼プラズマの炉心性能や運転シナリオを左右 する重要性の高い課題である。本研究では同位体イオンや不純物イオンで構成される多粒子種プラズマにおける乱流輸送特性を明らかにする。さらに、巨視的輸送方程式系と局所ジャイロ運動論方程式の連成計算モデルから成る第一原理的大域乱流輸送コードTRESS+GKVを開発・拡張し、D-T-He炉心プラズマにおける輸送過程や分布形成を解析することで、外部加熱や核融合反応と無矛盾な密度・温度分布の予測基盤の構築を推進する。 平成30年度においては、これまでの研究で明らかにしてきた、同位体イオンが乱流輸送特性に与える影響に関する理論予測をLHD実験との連携によって検証を行った。LHDにおいて中性粒子ビーム加熱および電子サイクロトロン共鳴加熱によって生成された高イオン温度プラズマおよび高電子温度プラズマに対する同位体効果の解析が実施された。その結果、軽水素プラズマに対し、重水素プラズマで観測された閉じ込め改善現象の特徴をGKVで捉えることに成功し、その際、乱流を抑制するゾーナルフローの生成が顕著であることも確認された。今後は熱閉じ込めに加え、粒子閉じ込めの検証を進める予定である。 大域連成輸送コードTRESS+GKVの開発に関しては、温度・密度分布に関する定常解の求解を大域的最適化問題と捉え、遺伝アルゴリズムを活用した高速計算手法の導入を行った。簡単化された問題設定において計算手法の実装が検証され、外部加熱とバランスする定常状態が高速に計算されることが確認された。
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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
燃焼プラズマにおける大域的な分布形成を高精度に予測するためには、燃料同位体イオンや不純物イオンがプラズマの閉じ込め性能に対してどのような影響を与 えるかを定量的に解析・評価することが不可欠となる。平成30年度に得られた、LHD実験と連携した乱流輸送に対するイオン質量効果の研究成果および大域連成輸送コードの拡張は、上記の重要課題に対して直接的な貢献を果たすため、計画は概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン質量効果に加え、プラズマ中に形成される径電場やトロイダル回転は輸送・閉じ込め特性に強く影響することがこれまでの実験および理論研究で明らかに なっている。TRESS+GKVにおいてもそれらの評価手法や、ペデスタル領域などの周辺プラズマに対する適切な境界条件などを検討する。拡張された計算モデルに よって、プラズマ回転や同位体質量が大域的な輸送・閉じ込め特性に与える影響をJT-60UやJET、LHD、W7-X等の実験と連携しながら解析する。さらに、熱輸送の同位体効果に加え、粒子輸送の同位体効果を実験と連携しながら検証を進め、大域連成輸送コードへの組み込みを推進していく。
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| Causes of Carryover |
海外航空運賃の変動などにより当初想定に対して差額が生じた。シミュレーションデータ保管のための外部ストレージなど、次年度執行予定のものに合わせることで効率的に予算執行を行う。
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