2019 Fiscal Year Research-status Report
Study of global and dynamical plasma transport physics in 3D magnetic configuration based on first principle simulation
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19K03801
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
松岡 清吉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (10609986)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 核融合 / 3次元磁場閉じ込め / 第一原理シミュレーション / 大域的輸送 / ジャイロ運動論 / プラズマ乱流 / 新古典輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉心プラズマの実現に向けて、複雑かつ多様な3次元的な磁場構造を持つヘリカル・ステラレータ型の磁場閉じ込め装置内におけるプラズマの閉じ込め性能予測及び向上が重要な課題となっている。本研究課題では、3次元磁場プラズマにおいて、輸送過程と加熱や粒子供給のバランスによって決まる大域的な分布形成機構を明らかにすることを目的として、プラズマ乱流輸送と粒子間衝突による新古典輸送の電場を介した相互作用を取り扱うための数値計算モデルを確立し、それを用いたシミュレーション研究を実施する。
今年度の研究では、プラズマの第一原理に基づく大域的full-fジャイロ運動論コードであるGT5Dを多種粒子系へと拡張した。また、GT5Dで採用している保存型差分解法に適した3次元磁場平衡モデルを導入した。特に、GT5Dにおける3次元磁場平衡について、標準的な3次元磁場平衡コードであるVMECコードとの結合において磁気軸近傍でGT5Dでの計算に必要な精度を確保することが困難であることが明らかになったため、VMECに代えてスカラーポテンシャルに基づく3次元モデル磁場平衡を採用することとした。また、磁場平衡の変更と併せて、GT5Dコード内の計算座標系についても磁気面座標系から円柱座標系へと修正した。さらに、プラズマ乱流を取り扱うためのコード拡張として3次元磁場におけるポアソンソルバを開発した。ポアソンソルバは、ベンチマーク計算等の小規模計算に向けたLU分解に基づく直接解法と、プロダクション計算における大規模計算を想定した反復法をそれぞれ開発した。
次年度は、GT5Dによる3次元磁場プラズマ乱流計算の妥当性検証のため、既存の局所乱流解析コードとの比較によるベンチマーク計算を実施する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究課題において当初予定していた大域的full-fジャイロ運動論コードGT5Dと標準的な3次元磁場平衡コードVMECとの結合では、磁気軸近傍における必要な数値計算精度の確保が難しいことが明らかになり、VMECに代わる磁場平衡モデルについて検討する必要が生じた。また、適切な3次元磁場モデルの導入のためには、GT5Dコードの計算座標系を大幅に修正する必要があった。これらの理由から計画に若干の遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究課題の進展により、GT5Dコードへの適切な3次元磁場モデルの導入、および3次元ポアソンソルバの開発が完了した。次年度は、拡張したGT5Dコードの妥当性検証を目的として、既存の局所乱流解析コードとのベンチマークを実施する。特に、磁場強度や装置サイズ等に関するパラメータ依存性について局所解析結果と比較することで、GT5Dを用いた大域的乱流解析モデルの基本的特性について検討する。また、今後、大型の実験装置サイズを反映した乱流解析を実施する際の計算規模の増大に向けた並列計算向上のため、数値計算手法の高速化・最適化を併せて実施する。
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| Causes of Carryover |
研究の進展がやや遅れてしまったことにより、予定していた解析用ワークステーションやソフトウェア、大容量ハードディスクドライブの導入を次年度としたため未使用となった。また、同様の理由から、当該年度の国際会議への参加を見合わせたことにより、その旅費が未使用となった。当該予算は次年度のワークステーションとハードディスクドライブ購入費用として使用し、翌年度予算は主に国際会議・研究打ち合わせの旅費として使用する予定である。
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Research Products
(9 results)
