2019 Fiscal Year Research-status Report
Study on transient response of impurity ion transport induced by electron heating
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18K03591
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
井戸村 泰宏 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (00354580)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 核融合 / 不純物輸送 / ジャイロ運動論 / 数値実験 / 新古典輸送 / イオン温度勾配駆動乱流 / 捕捉電子モード乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ乱流を介した間接的な炉心制御手法の開発に向けて、プラズマ加熱に対する過渡的プラズマ応答の理解が重要な課題となっている。本研究では、変調電子加熱実験で観測されている不純物イオン輸送の過渡的応答を明らかにするために、大域的full-fジャイロ運動論コードGT5Dを多種イオン系モデルに拡張し、最先端スーパーコンピュータを駆使してエネルギー閉じ込め時間スケールの数値実験を実施する。これにより原子番号Zの異なる様々な不純物イオンの電子加熱に対する応答を再現し、不純物イオン輸送の過渡的応答をもたらす非局所、非線形、かつ、電子・多種イオンを含む複数輸送チャネルが相互作用するプラズマ輸送現象を解明する。
今年度はITERで重要課題となっているタングステンに特化した局所的新古典理論の検証を実施した。この結果、規格化装置半径が十分に大きいITER規模のプラズマではGT5Dと局所的新古典理論は定量的に一致するが、規格化装置半径が小さいプラズマでは温度勾配が急峻になると両者の結果は一致せず、局所的新古典理論は温度勾配によるタングステンの熱遮蔽効果を過大評価することがわかった。これは装置サイズ効果によって局所近似が破れていることを示唆する。また、低Z不純物から高Z不純物まで複数のトレーサー不純物を含むイオン温度勾配駆動乱流の予備的な数値実験をイオン加熱条件で実施した。この結果、低Z不純物の分布は平坦化し、高Z不純物の分布が急峻化するという実験的に見られる不純物分布の傾向を定性的に再現することに成功した。この数値実験で不純物輸送の乱流成分と新古典成分の詳細な分析を実施した結果、乱流場の存在によって新古典成分は局所的新古典理論の予測を大きく上回ることがわかった。
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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
トレーサー不純物を含むイオン温度勾配駆動乱流の予備的な数値実験をイオン加熱条件で完了し、実験的に観測されている不純物分布の原子番号Z依存性を定性的に再現できたことから概ね順調に進展していると判断できる。最終年度はこの数値実験を電子加熱条件に変更し、不純物分布の変化を詳細に調べることにより目標を達成する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に実施したトレーサー不純物を含むイオン温度勾配駆動乱流の数値実験を電子加熱条件に変更し、不純物分布の変化を詳細に調べる。
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| Causes of Carryover |
外部計算機利用公募プロジェクトの採択によって、大型計算機利用料が減額できたこと、また、新型コロナウィルスの影響によって2020年3月に予定していた国際会議が中止となったことにより次年度使用額が生じた。この予算は次年度の大型計算機利用料、および、在宅勤務によって新たに必要になったデータ解析用計算機に充当する。
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Research Products
(13 results)
