2020 Fiscal Year Research-status Report
Research on formation and sustainment mechanism of turbulent structures by using integrated turbulence diagnostic system in torus
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20K03905
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
糟谷 直宏 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (20390635)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 乱流構造 / 磁場閉じ込め / トーラス / 数値診断 / 統合シミュレーション / プラズマ / 非線形相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場閉じ込め核融合プラズマにおいてプラズマが自発的に形成する乱流構造は粒子・熱輸送を増加・抑制するので、閉じ込め改善のためにはその形成機構の理解が必要である。本研究ではトーラス形状磁化プラズマにおける多空間スケール揺動間の非線形相互作用を数値シミュレーションにより定量的に評価することができるシステムの構築およびそれを用いた解析を通じて、プラズマ乱流におけるメゾおよび巨視的構造形成機構の詳細を解き明かす。本年度はトーラス統合乱流診断システムの開発、およびトカマク実験装置の磁場配位を導入した圧力駆動不安定性の大域的シミュレーションにおける不安定性の競合過程の解析を行った。前者に関しては、重イオンビームプローブ模擬ルーチンで複数種類の乱流データを解析対象とするためのインターフェースの設計を行った。離散不等間隔メッシュ上データおよびスペクトル展開データについて解析可能とした。後者に関しては、プラズマ磁場平衡導入ルーチンを整備して3次元MHDコードによるPLATOトカマクにおけるバルーニングおよびキンク不安定性シミュレーションとモード間相互作用の評価を行った。最外殻磁気面外の分布も含む平衡磁場を初期条件として3次元的なMHD不安定性の時間発展計算を可能とし、モード分解により複数種類の不安定成分が空間的に広がり、重なりを持つダイナミクスや、同一波数成分が線形不安定モードとして励起される場合および他モードによって非線形的に励起される場合の空間構造の違いを示した。このようにトーラス統合乱流診断システムを実験比較プラットホームとして確立するための基盤整備を進めることができた。
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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
本研究の目的は、複数のグローバルシミュレーションの解析が可能な統合環境を構築して、トロイダル磁場閉じ込めプラズマにおける3次元的な構造形成機構の定量的評価と実験比較を可能とすることにある。本年度は統合環境の構築、および3次元MHDシミュレーションでのモード間相互作用のダイナミクス解明についてそれぞれ進展があった。また、トカマク実験装置プラズマの性能評価に用いる統合輸送シミュレーションコード開発についても大きな進展があった。よって、研究課題に対して適切なアプローチを順調に進めることができているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究ではトーラス形状磁化プラズマにおける多空間スケール揺動間の非線形相互作用を数値シミュレーションにより定量的に評価するためのトーラス統合乱流診断システムの構築を行っている。次年度以降も引き続き構築を進める。本年度設計したシステムのもと2年目には（１）コアおよび端部プラズマ両領域を含むMHDコードおよび（２）背景分布発展も含む微視的乱流簡約MHDコードによって得られた3次元揺動場の解析を可能とする。そして圧力勾配駆動のミクロ不安定性がより大きな空間スケールを持つ構造と非線形相互作用する様相を提示できるようにする。具体的対象として九州大学PLATOトカマク装置のパラメータを用いた大域的シミュレーションを行い、径方向に伸びた持続する渦構造の形成条件を探索する。3年目にはより定量的な比較が可能となるようにダイナミクスを含む揺動場に対して３次元可視化、モード分解、非線形エネルギー移送評価、実験計測模擬を行う。このような統一的なデータ処理フローを形成することで、シミュレーション間および実験との統合的な比較を可能とし、解析プラットホームとして確立する。
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| Causes of Carryover |
本年度はコロナ禍により予定していた出張をすべて取りやめた。また、予定していた計算機の導入を一年延期した。これらの理由により次年度使用額が生じた。延期した計算機の導入費用として次年度に使用する。
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