2021 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。本年度も引き続き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にオブジェクト指向プログラミングを適用してフォーマットの異なる複数種類の乱流データの解析を可能とした。後者に関しては、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が競合するシミュレーションにおいてフーリエモード展開および動的モード分解を適用し、線形および非線形過程におけるモード構造ダイナミクスの抽出や３次元可視化を行った。また、基礎実験装置のドリフト波不安定性に関して、理論解析も含めたイオン質量数依存性評価を行うことで、揺動空間構造の選択条件について考察した。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。本年度はシミュレーションデータ解析統合環境の構築に進展があった。さらに、近年用いられ始めた新しいデータ解析手法を3次元プラズマシミュレーションデータに適用することで時空間ダイナミクスの抽出につなげることができた。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やプラズマ不安定性の基本特性理解についても進展があった。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。最終年度も引き続き構築を進め、（１）コアおよび端部プラズマ両領域を含む3次元メッシュデータ、（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次元揺動スペクトルデータ、（３）磁気面座標系上の実空間非等方メッシュ3次元揺動場データの3種類の揺動データフォーマットに対する解析環境を完成させる。そして九州大学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、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や径方向に伸びた持続する渦構造の形成条件を探索する。さらに、より定量的な比較が可能となるように進めているダイナミクスを含む揺動場に対しての３次元可視化、モード分解、非線形エネルギー移送評価、実験計測模擬を引き続き行う。これらを含む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 |
本年度もコロナ禍により予定していた出張をすべて取りやめたので、次年度使用額が生じた。学会および投稿論文に関する成果発表費用として次年度に使用する。また、一年延期した計算機の導入は予定通り行ったので、その機能拡張費用として次年度に使用する。
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