2023 Fiscal Year Research-status Report

プラズマダイナミクスシミュレーションによる乱流輸送予測検証

Research Project

Project/Area Number	21K03514
Research Institution	National Institute for Fusion Science
Principal Investigator	登田慎一郎核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (60332186)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	乱流 / 輸送 / トロイダルプラズマ
Outline of Annual Research Achievements	乱流輸送はトロイダルプラズマの研究において最も重要なテーマの一つである。電磁ジャイロ運動論シミュレーションを用いて微視的なプラズマ不安定性を調べた。規格化電子衝突周波数が1以下である捕捉電子モード(TEM)は、高衝突領域で散逸性捕捉電子モード(d-TEM)と呼ばれる。ここで、このモードは電子衝突からの散逸によって駆動され、イオンはバナナ領域にいる必要はなく、密度勾配や温度勾配で駆動される。九州大学応用力学研究所において、PLATO装置でのプラズマ実験が開始された。プラズマ性能を予測するために、統合コードを用いた輸送シミュレーションがPLATOトカマクで実施された。PLATOのプラズマプロファイルは、統合コードTASKで半経験的モデルを用いて予測されている。これらのプラズマでは、電子衝突周波数は電子バウンス衝突周波数より小さく、イオン衝突周波数はイオンバウンス衝突周波数よりも大きい。したがって、これらのプラズマは高衝突領域であり、d-TEMは不安定であると予測される。局所ジャイロ運動論シミュレーションを用いて、d-TEMとITGモードに注目した。ジャイロ運動論的シミュレーションにはGKVコードを用いた。解析には、Sugama(S)衝突モデル演算子とLenard-Bernstein(LB)衝突モデル演算子を用いている。散逸性捕捉電子モードとイオン温度勾配モードの励起を、S衝突モデル演算子[H. Sugama　et al., Phys. Plasmas 16, 112503 (2009)]を用いた解析結果から予測した。乱流輸送の定量化を行なった。Sugama衝突演算子を用いた解析結果では、Lenard-Bernstein衝突演算子を用いた解析結果よりも、帯状流が乱流輸送に与える影響が強いことが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画では、捕捉電子モードにおける簡約化モデルを令和5,6年度に導出する予定である。簡約化モデルを構築するのに、５割程度の計算が終了した。当初の計画とは違う衝突モデルの物理量依存性を考察している。新たに扱った衝突モデルはより精密な解析ができる利点があり、衝突モデルを用いた乱流輸送についての帯状流効果に関する論文を出版した。
Strategy for Future Research Activity	当初の計画通り、乱流輸送を概算できる捕捉電子モードにおける簡約化モデルを構築する。そして、乱流輸送に対する帯状流の影響を調べる。また、イオン温度勾配不安定性による乱流輸送との比較を行い、乱流輸送に対する帯状流の影響を研究する。また、乱流輸送簡約化モデルを用いた、温度、密度分布予測を行う。
Causes of Carryover	コロナ対策で出張が予定通り行えなかった。次年度は計画通り学会発表出張や研究打ち合わせの出張を行う予定である。