2022 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 – 2024-03-31
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| Keywords | 核融合 / 3次元磁場 / 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 |
本研究課題では、複雑な3次元非軸対称磁場をもつステラレータ型の磁場閉じ込め装置におけるプラズマ輸送現象を対象として、乱流および衝突性（新古典）輸送と加熱入力等で決まる大域的輸送や分布形成の物理を探求し、その機構を明らかにすることを目的としている。磁場閉じ込めプラズマの大域的輸送やそれによる分布形成過程を取り扱うためには、第一原理であるジャイロ運動論方程式に基づき、かつ従来的な揺らぎと背景分布のスケール分離を仮定しない、大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションを行う必要がある。本課題の具体的な目標は、保存型解法に基づいた大域的full-fジャイロ運動論コードであるGT5Dを3次元磁場配位に拡張し、3次元磁場下における大規模乱流シミュレーションを実施することで3次元磁場プラズマの大域的輸送特性を調べることである。
今年度は、前年度までに開発した3次元磁場版GT5Dを用いて、磁場閉じ込めプラズマの輸送の主要因となっているイオン温度勾配によって駆動される微視的乱流の基礎的性質を調べることを目的とした線形解析を主として行った。乱流の線形成長率や周波数の波数依存性について、従来の局所解析モデルと比較し、定性的に一致する結果を得た。また、線形固有関数の形状についても定性的に妥当な結果が得られることを確認した。一方で、イオン温度勾配を強くした場合には、モードが単純な線形成長ではなく振動しながら成長する現象が見られた。これは、未確定ながら、温度勾配に由来するドリフトの大域的なシアによるものと考えられ、3次元プラズマの乱流輸送における大域的効果として、今後より詳細な比較・検証を行うことを予定している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は、これまでに開発を進めてきたGT5Dコードを用いて、3次元磁場プラズマを対象にイオン温度勾配によって駆動される乱流についての線形解析及び局所コードとの比較を通したベンチマークを実施した。当初の予定では、さらに非線形解析及び衝突性輸送に関するベンチマーク等を実施する予定であったが、線形解析で大域的効果と見られる新しい現象が見られたこと、及び線形解析に必要な計算コストが当初見積もりよりも大きかったことから、計算および解析に時間がかかることになった。そのため、当初計画よりも進捗に遅れが生じることとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまでに得られた線形解析結果をまとめるとともに、大域的効果によるものと見られる線形成長段階の振動の物理機構について詳細な検討を行う。これにより、3次元磁場プラズマにおける線形イオン温度勾配乱流の基礎的特性について、大域的シミュレーションの観点から明らかにする。その後、新古典輸送を取り入れた長時間の非線形計算を実施し、3次元磁場プラズマの大域的輸送現象、および分布形成過程について解析を進める。
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| Causes of Carryover |
研究進展の遅れに伴い、解析用PCやデータ保存用ハードディスクドライブの導入が遅れたため、物品費に次年度使用額が生じた。また、新型コロナ感染拡大防止の観点から、研究打ち合わせのための国内旅費や国際会議参加を見合わせたため、旅費のために確保していた予算が不使用になり、次年度使用額が生じた。
現在、本研究課題の主目的の一つである大域的乱流現象についての解析結果が出つつあるため、次年度は解析用ラップトップPCやデータ保存用ハードディスクドライブ等の購入に使用する。また、次年度は海外での国際会議への参加・発表や研究打ち合わせを予定しており、そのための出張旅費として使用する予定である。
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