2021 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 |
厳密な線形化ランダウ衝突演算子に対して成り立つ摩擦力と流速の関係式を満足するように、モデル衝突演算子 [Sugama, et al., Phys. Plasmas 16, 112503 (2009)]を拡張した改良型モデル衝突演算子[Sugama, et al., Phys. Plasmas 26, 102108 (2019)]を、大域的フルfジャイロ運動論シミュレーションコードGT5Dに新しく実装した[S. Matsuoka, et al., Physics of Plasmas 28, 064501 (2021)]。広い衝突周波数領域において、同心円形断面を持つトカマクにおける単一イオン種プラズマの新古典輸送シミュレーションを行った。その結果、低衝突領域よりも高い精度の摩擦流関係が要求されるフィルシュ-シュルター領域において、ブラジンスキーの熱拡散係数が改良型演算子により正確に再現されることが確認された。さらに、すべての衝突領域において、旧モデル演算子を用いた場合に観測された新古典熱拡散率の平行方向流速係数の過大評価は、改良型演算子を用いることで解消されることがわかり、厳密なランダウ衝突演算子で記述される衝突過程が、改良型演算子によって正しく表現されていることが実証された。また、分極及び磁化電流を高精度で計算するため、微視的電磁乱流ならびにクーロン衝突の両方の効果を考慮して、荷電粒子の局所的な密度・平均流速をジャイロ中心分布関数から与える表式を導いた。ここで得られた表式は、ジャイロ運動論的シミュレーションにおいて、 粒子の密度や流速の空間分布の精密な評価に役立つことが期待される。
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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
改良型モデル衝突演算子を用いた新古典輸送シミュレーション研究やジャイロ運動論に基づく電磁的プラズマ乱流における分極と磁化の理論研究に関して成果が上がり、これらの研究成果は学術誌やAPSDPP等の国際会議において発表された。
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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拡張ならびに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と応用を進める。またランダウ減衰に関するプラズマ運動論的シミュレーションや乱流揺動による異粒子種間熱交換過程のシミュレーション解析を行う。
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| Remarks |
数値実験炉研究プロジェクト 研究活動 新古典・乱流輸送シミュレーショングループ https://nsrp.nifs.ac.jp/activity/activity04.html
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