2010 Fiscal Year Annual Research Report
強いプラズマ流を伴う輸送障壁の形成機構についての研究
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22760663
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
宮戸 直亮 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究職 (80370477)
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| Keywords | プラズマ流 / 輸送障壁 / 簡約化モデル / 流体モーメント / 案内中心 / 変分法 / 磁場閉じ込めプラズマ |
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| Research Abstract |
磁場閉じ込め核融合プラズマにおいては、強い縦磁場のため、荷電粒子は磁力線に巻き付いた旋回運動をする。一方、粒子・熱の輸送現象は、この旋回運動よりも遅い時間スケールで起こるため、その解析においては、速い旋回運動を分離した簡約化モデルが広く用いられてきた。この簡約化運動論モデルから評価される密度、温度や流速などの流体的諸量は旋回中心(案内中心)において評価されたものであり、実験的に観測される物理的な流体的諸量とは一般に異なる。これらの差は強いプラズマ流と急峻な圧力勾配を伴う輸送障壁領域においてより大きくなる。本研究では、そのような強いプラズマ流がある場合における、案内中心での流体的諸量と物理的な流体的諸量との間の関係式を、研究代表者が構築した強いプラズマ流を含む簡約化運動論モデルに基づき、形式的に厳密な表現を摂動展開することにより導いた。これにより簡約化モデルを用いた理論・シミュレーション研究の結果と、実験との精度の良い比較が可能となる。さらに、案内中心の密度と実際の粒子密度との関係を、場の理論を介して簡約化運動論モデルのラグランジアン(あるいはハミルトニアン)の変分を含む形で表した。この密度の関係は簡約化運動論モデルを用いたシミュレーションなどで重要となるが、厳密表現から摂動展開すると計算が非常に複雑になるような場合でも、変分的な手法を用いれば比較的容易に密度の関係式を導くことができる。本研究では、プラズマ流の速度が遷音速であるような場合の密度の関係式を変分的手法により導くことに成功した。
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