Numerical study on kinetic plasma dynamics in ergodic regions

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03912
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: Moritaka Toseo 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (20554372)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ヘリカル型核融合炉 / ジャイロ運動論シミュレーション / 磁気島 / 水素同位体プラズマ / 非構造格子

Outline of Final Research Achievements

The gyrokinetic simulation model plays a central role in precisely demonstrating fusion plasma dynamics in magnetic confinement systems. We have improved the gyrokinetic model to apply complicated magnetic field structures in the Large Helical Device and other confinement systems using additional magnetic field perturbations. The developed simulation code was employed to clarify the confinement properties of hydrogen isotope plasmas in the Large Helical Device and plasma transport around magnetic islands.

Free Research Field

核融合科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

らせん状のコイルで閉じ込め磁場を作るヘリカル方式は、日本で大きく発展したプラズマ閉じ込め方式である。核融合炉で想定される長時間運転が可能な点に優位性があるが、特に閉じ込め容器に近い部分の磁場構造が複雑になり、適用可能なシミュレーションモデルは現象論的な一部のものに限られている。本研究で開発した手法は、プラズマの振る舞いを精密に記述できるジャイロ運動論モデルを元に、複雑な構造を持つ磁場中の閉じ込めプラズマにも応用できるため、ヘリカル型核融合炉周辺領域をはじめ、これまで理論的なアプローチが限られていた領域の閉じ込めプラズマに対する物理的な理解に大きく貢献するものと期待される。