2012 Fiscal Year Research-status Report
ジャイロ運動論的シミュレーションによる非軸対称配位での異常輸送解析
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24561030
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
渡邉 智彦 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30260053)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼波 政倫 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40397203)
田中 謙治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (50260047)
洲鎌 英雄 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80202125)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 核融合 / シミュレーション / 乱流 / 輸送 / 高性能計算 |
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| Research Abstract |
本研究課題では、大型ヘリカル型装置（LHD）に代表される非軸対称トーラス配位をもつ磁場閉じ込めプラズマにおける乱流輸送過程を定量的に解析し、トーラスプラズマにおける輸送の普遍的な理解に資することを目指して、ジャイロ運動論的シミュレーション研究を進めている。研究期間の初年度にあたる平成24年度においては、以下の成果をあげた。(1)多種イオン・電子を取り扱えるように、ジャイロ運動論的シミュレーション・コードをGKV+へと拡張した。(2)実験に対応した平衡磁場配位を対象としたシミュレーションを行うために、GKV+コードにおいてVMEC平衡と解析的な平衡解の両者を取り扱えるように改良を施した。(3)新しいコードを用いて、LHD磁場配位での解析を行い、捕捉電子による不安定化効果を検証した。
さらに上記に関連して、(4) LHD磁場配位での乱流とゾーナルフローとの非線形相互作用を解析し、ゾーナルフローを介した連鎖的なエントロピー伝達過程が存在することを確認した。(5) 平衡径電場による乱流輸送への影響を検証するため、flux tube bundleモデル用いた乱流輸送シミュレーションを行った。
今年度の研究成果により、大型ヘリカル型装置を主な対象とした非軸対称配位でのジャイロ運動論的シミュレーションの基盤整備が進展した。
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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
研究実績の概要にまとめたように、従来のジャイロ運動論的シミュレーション・コードを多種粒子系へと拡張し、ジャイロ運動論的電子とイオンの両者を含んだシミュレーションが可能となった。そこにLHD磁場計測データから再構成されたVMEC平衡を取り入れられるようにコードを整備し、これを用いてイオン温度勾配不安定性のシミュレーションを行った。電子の断熱的応答モデルを用いた従来の場合に比べて、捕捉電子により不安定性が強められる場合のあることが分かってきた。これらは、計画通りの進捗を示している。
一方、現在のコードでは、Runge-Kutta-Gill法によって時間積分を計算しているため、磁力線に平行方向の高速な電子運動や電子とイオンのジャイロ中心密度差に起因した振動モードによって、時間積分幅が制限されている。これを緩和するための基本的なアイディアの着想を得ているが、実際のコーディングと検証は平成25年度に持ち越されている。他方で、上述のエントロピー伝達過程の解析や、flux tube bundleモデルを用いたシミュレーションなどについては、事前の想定を上回る進捗を示している。全体としては、概ね計画通りに、研究課題が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発したコードを用いて、LHD実験配位におけるイオン温度勾配不安定性や捕捉電子モード不安定性の線形計算を実行して成長率を見積もる。あわせて、得られた固有関数を使った準線形輸送フラックスの評価や、他のジャイロ運動論的シミュレーション・コードとの比較検証を進める。この手法は不純物等を含む場合の解析にも適用することができるので、不純物ホールが形成される場合の不安定性の評価等にも有用である。一方、非線形計算を実行すれば、電子の断熱応答モデルを使ったこれまでのシミュレーションによって蓄積してきたデータとの比較を行うことも可能である。
さらに、より効率的なシミュレーションを実行するには、新たな時間積分法の適用が必要である。これには、semi-Lagrangian 法を部分的に適用する手法と、疎行列の解を求める方法の2種類が考えられる。これに静電場の陰解法を組み合わせることで、より大きな時間積分幅を用いることができると考えられる。
平成25年度は、線形解析のLHD実験への適用を進めるとともに、新解法の有効性を検証する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度の研究費は、平成24年度と同様に、主として国内外での研究成果発表旅費、学会等参加費、などに充てる予定である。
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[Presentation] Turbulent spectra, transport, and ExB flows in helical plasmas2012
Author(s)
T.-H. Watanabe, M. Nunami, H. Sugama, S. Satake, S. Matsuoka, A. Ishizawa, S. Maeyama, and K. Tanaka
Organizer
24th IAEA Fusion Energy Conference
Place of Presentation
Hilton San Diego Bayfront Hotel, San Diego, USA
Year and Date
20121008-20121013
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