2019 Fiscal Year Annual Research Report
新古典・乱流輸送理論シミュレーションによる核融合プラズマ性能の解明と予測
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19H01879
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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) |
松岡 清吉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (10609986)
沼波 政倫 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40397203)
仲田 資季 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40709440)
登田 慎一郎 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60332186)
佐竹 真介 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (70390630)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 核融合プラズマ / 新古典輸送 / 乱流輸送 / 運動論的シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
運動論的シミュレーションに用いる線形衝突演算子の改良：高衝突周波数を含む全ての衝突周波数領域に対する運動論的シミュレーションに適用できるように、線形モデル衝突演算子の改良を行った[H. Sugama, et al., Physics of Plasmas 26, 102108 (2019)]。改良モデル衝突演算子は粒子数・運動量・エネルギー保存則を満足するとともに、線形ランダウ衝突演算子から導かれるものと同じ friction-flow relation を再現することが示された。さらに、ジャイロ運動論的乱流輸送シミュレーションへの応用のため、有限ジャイロ半径効果を保持しながらジャイロ位相平均を施した改良モデル衝突演算子の表式が導かれた。改良モデル演算子は、タングステンの様な高電荷数Zを持つ不純物を含むプラズマの運動論的シミュレー ションに役立つ。
ジャイロ運動論的乱流輸送モデルを用いたヘリカル系プラズマの輸送シミュレーション：GKVコードを用いたLHDプラズマにおける ITG 乱流輸送のジャイロ運動論的シミュレーションに基づいて 得られた乱流輸送モデルを組み込んだ統合輸送コードTASK3Dによるシミュレーションを実行し、LHDプラズマの電子温度およびイオン温度の小半径方向分布を求めた。
多イオン種プラズマに対する新古典シミュレーションコードの開発：多イオン種プラズマに対する新古典輸送シミュレーションを行うため、グルーバルモンテカルロコードFORTEC-3Dに、多イオン種間の線形衝突演算子モデルを実装し、衝突過程における粒子数・運動量・エネルギー保存則および共役関係式が満足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
線形衝突演算子の改良やジャイロ運動論的乱流輸送モデルを用いたヘリカル系プラズマの輸送シミュレーション等の研究成果が上がり、成果は学術誌やISHW2019等の国際会議において発表された。また、多イオン種プラズマに対する新古典シミュレーションコードの開発も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
乱流輸送シミュレーションの精度向上に役立つジャイロ運動論モデルの改良：ラグランジアンを用いた変分原理に基づき、エネルギー・運動量保存則を厳密に満足するジャイロ運動論的基本方程式の改良を行う。
乱流輸送モデルを組み込んだ統合輸送シミュレーション：粒子・熱乱流輸送を評価する準線形フラックスモデルを適用した統合輸送コードの開発を進める。
多イオン種新古典シミュレーション：多イオン種間の線形衝突演算子モデルを実装したグルーバルモンテカルロコードFORTEC-3Dを用いて、ヘリカル系プラズマにおける不純物輸送シミュレーションを行う。
グローバルジャイロ運動論的シミュレーション：グローバルジャイロ運動論コードの開発を進め、ITGモードやゾーナルフローの線形シミュレーション解析を行う。
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