Development of structure-preserving algorithm for global electromagnetic gyrokinetics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14449
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: Nagoya University (2023); National Institutes for Quantum Science and Technology (2020-2022)
• Principal Investigator: Shiroto Takashi 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (10827520)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: プラズマ物理学 / 数値シミュレーション / 運動論

Outline of Final Research Achievements

In this study, we conducted theoretical and simulation research related to the kinetic simulation of fusion plasmas. In order to accurately describe fundamental quantities such as temperature in long-time calculations, such as those for magnetically confined plasmas, by developing numerical algorithms that rigorously conserve energy and momentum. Additionally, we theoretically examined the model of electromagnetic fields used in kinetic simulations. We proposed a new approach that is easily applicable to numerical simulations, and conducted research from both theoretical and numerical simulation perspectives.

Free Research Field

プラズマ物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

フュージョンプラズマにおける乱流輸送は、壁へのダメージの原因となる熱流束を決定づける要因の一つである。これを正確に予測できるシミュレーション手法の開発は、フュージョンエネルギーの実現化に大きく貢献しうるものである。また、プラズマは電磁場と相互作用するため、相互にエネルギーなどの交換が行われる。エネルギー収支を正しく記述するシミュレーションを実行するためには、支配方程式に対する数学的変形が必要不可欠であり、そのような変形を再現できる数値技法の開発は学術的に意義のあるものである。