2021 Fiscal Year Research-status Report
Generalized Langevin description of multi-scale interactions in plasma turbulence
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20K03892
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
前山 伸也 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (70634252)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マルチスケール相互作用 / プラズマ乱流 / 射影演算子法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ中で生じる乱流は、大小様々なスケールの揺らぎを作り出す。近年のスーパーコンピュータを用いた大規模数値シミュレーションにより、広くスケールの離れた揺らぎの間にも、相互作用が存在することが明らかになった。本研究では、プラズマ物理・非平衡統計力学・データ科学のアプローチを利用して、プラズマ乱流マルチスケール相互作用を異なるスケール間の相関問題として捉え、コヒーレントな相関項と確率的な無相関項として表す一般化Langevin描像として定式化・体系化することを目指す。
令和3年度は、第一に、射影演算子法に基づく統計データ解析手法の長谷川-若谷ドリフト波乱流への適用を進めた。昨年度得られた乱流による帯状流減衰効果に着目した解析を発展させ、プラズマパラメータを変えた記憶項の評価を多数実施し、記憶関数の振幅は非線形項の振幅（～乱流揺動振幅）から、記憶関数の時定数は帯状流と乱流の特徴時間からの見積もりと同程度のスケーリングが得られることを見出した。第二に、射影演算子法解析コードを多変数射影や離散時間射影についても解析が行えるように拡張を行った。それぞれの定式化について一般化第2種揺動散逸定理の検証、および、統計解析で用いられるベクトル自己回帰分析モデルとのベンチマークを行い、検証済みのコードをオープンソースとして公開した。第三に、昨年度までに開発したスラブジャイロ運動論コードを用いて、イオン運動論効果および有限ベータ値効果が電子温度勾配(ETG)モードに与える影響の理論解析を行い、イオン分極による長波長ETGモードの不安定化と電子スキン長による安定化効果、それらが乱流輸送に与える影響を論文として報告した。
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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
長谷川-若谷ドリフト波乱流への射影演算子法の応用については、帯状流-乱流相互作用の解析がまとまり、修士課程学生の修士論文として結実した。今後、査読付き論文誌への投稿を予定している。
射影演算子法の理論およびコードへの実装について、多変数・離散時間への対応を行い、一定の進展が見られた。さらに統計数理研究所との共同研究を通じて、統計学的見地からの解釈を進めているところである。
本研究課題で開発したコードを用いたスピンオフ研究として行ったスラブジャイロ運動論の詳細な理論解析は、過去の研究との理論的な対応や新規性が評価され、Physics of Plasmas誌の注目論文(Editor's pick)として選ばれた。
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| Strategy for Future Research Activity |
長谷川-若谷ドリフト波乱流については、乱流から帯状流への影響に注目した解析を行っていたが、逆の、帯状流から乱流への影響に着目した解析も行う必要がある。射影演算子法により相関部分を抽出することで、帯状流が乱流を減衰させる効果だけでなく、密度・ポテンシャル揺動間の位相を変えて、線形不安定性を修正する効果を表わせる新しい解析結果が得られると期待される。
また、射影演算子法とベクトル自己回帰モデルとの比較を進めて論文化を目指す。既知のベクトル自己回帰モデルとの対応を明らかにすることで、オープンソースで公開している射影演算子法のコードの普及にもつながると期待される。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により出張がオンライン会議に置き換わり、旅費の使用が進まなかったため。
繰越額は、今後の論文出版経費等に充てる。
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