Generalized Langevin description of multi-scale interactions in plasma turbulence

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03892
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
• Research Institution: National Institute for Fusion Science (2023); Nagoya University (2020-2022)
• Principal Investigator: Maeyama Shinya 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (70634252)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: プラズマ乱流 / マルチスケール相互作用 / 射影演算子法 / 一般化Langevinモデル / 磁場閉じ込め核融合

Outline of Final Research Achievements

This study elucidated the mechanisms of nonlinear interactions between different scales of turbulence through large-scale numerical simulations and international benchmarks. Specifically, it discovered turbulence transport suppression effects in magnetically confined fusion plasmas and clarified the mutually exclusive nature and anisotropic dissipation effects at different scales. Additionally, the projection operator method was developed as a statistical data analysis tool. The method was applied to turbulence-zonal flow interaction analysis, demonstrating the generalized Langevin description with correlated and uncorrelated terms. The developed code was released as open-source.

Free Research Field

プラズマ物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、プラズマ乱流のマルチスケール相互作用を詳細に解明し、統計的データ解析手法としての射影演算子法を開発・応用したことにより、プラズマ物理学の理解を進展させた。特に、磁場閉じ込め核融合プラズマにおける乱流輸送抑制効果や、異なるスケールの乱流間の相互阻害性を明らかにしたことは、核融合研究におけるブレークスルーである。これにより、将来的な核融合炉の設計や運用における乱流制御技術の向上が期待される。さらに、開発された射影演算子法のオープンソース化により、多くの研究者が利用可能となり、プラズマ乱流研究のさらなる発展が促進されることが期待される。