2012 Fiscal Year Research-status Report
高エネルギー粒子の運動論効果による粒子加熱と帯状流乱流輸送特性の研究
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24740372
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
佐々木 真 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (70575919)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高エネルギー粒子 / 帯状流 / GAM / イオン加熱 / プラズマ乱流 |
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| Research Abstract |
本研究では、高エネルギー粒子の運動論的効果を取り入れた粒子加熱および乱流輸送特性を理論的に明らかにすることを目指している。近年、報告者等の研究で高エネルギー粒子により振動帯状流(GAM)が励起され、駆動されたGAMがランダウ減衰によりイオン加熱効果を持つことが明らかになった。GAMはプラズマの径方向へ伝播する特性を持つため、加熱効果を理解するためには伝播の特性を知る必要がある。本年度はGAMの径方向伝播特性の理論解析を行った。
GAMと乱流の共存状態を考え、乱流から受ける高次の非線形力まで取り込んだGAMの非線形分散関係を導出し、伝播特性を得た。GAMが受ける乱流からの非線形力はレイノルズ応力に注目した。得られた非線形分散関係から導出したGAMの群速度は、これまでの線形理論による値と比べ10~100倍程度大きくなりうる事が分かった。位相速度と群速度が近くなる事から、準線形的に評価される自己相関時間は格段に長くなる事が分かる。さらに実際の実験パラメタを用いて非線形効果の評価も行い、観測可能性も議論した。[M. Sasaki, et. al., Plasma Fusion Res. 8, 1403010 (2013)]
上記研究に加え、乱流揺動の統計的性質に関する研究も進めた。円柱プラズマの抵抗性ドリフト波乱流を模擬するコード（Numerical Linear Device, NLD）を用い、長時間の乱流飽和状態を得る事に成功した。得られた揺動場から評価した粒子束、運動量束の統計的性質を調べた。両者の相関を調べた所、粒子束の変動は0.4倍ドリフト波周期程度運動量束の変化より先に起きている事が分かった。これは実験観測と定量的に同様の結果である。[M. Sasaki, et. al., submitted to Plasma Fusion Res. (2012)]
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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
本研究では、乱流-帯状流系において高エネルギー粒子の運動論的効果を導入することを目指している。特に初年度は、高エネルギー粒子、背景プラズマに大きな影響を与える振動帯状流(GAM)に着目した研究を進める事を予定してた。
本年度は、乱流から受ける高次の非線形力まで取り込んだGAMの非線形分散関係を導出し、伝播特性を得た。GAMの非線形群速度は、これまでの線形理論による値と比べ10~100倍程度大きくなりうる。この成果によりGAMの背景プラズマの加熱効果は広範囲に及びうることが分かった。さらに高エネルギー粒子が存在する場合のGAMの飽和振幅についての研究を進める必要がある。
さらに上記研究に加え、乱流揺動自身の統計的性質について成果が出つつある。ドリフト波乱流の数値計算を行い、長時間の乱流飽和状態を得、揺動場から粒子束、運動量束の統計的性質を調べた。これは乱流-帯状流の輸送理論を考える際、非常重要になる。
以上を総合して、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、予定している高エネルギー粒子が駆動するGAMを含む低周波揺動の非線形性についての研究を進める。特に、GAM channelingをより実験的に測る指針を与えられる定式化を行う。さらに、GAMが駆動されやすい高安全係数領域であるプラズマ境界近傍でのGAM固有モードのグローバルな伝播特性、輸送特性を明らかにし、GAMが背景プラズマに与える効果を詳細に明らかにする。特にプラズマ境界の効果を議論する予定である。本研究の目標である乱流-帯状流理論の拡張において、乱流揺動の統計的性質も重要である。今年度行ったドリフト波乱流数値計算において、乱流が駆動するメゾスケール構造間の競合が観測されている。乱流状態の異なる場合での乱流揺動の統計的性質を理解する事は重要である。この問題についても取り組んでいく予定である。上記研究を推進させ、高エネルギー粒子が存在する場合に置ける乱流-帯状流輸送理論をさらに拡張することを目指す。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
上記研究を推進させるために、以下のものが必要となる。
1. 研究の推進：３次元プラズマ乱流シミュレーションを行う必要がある。乱流の統計的性質を詳細に調べるため、必然的に大容量データを扱う必要がある。データを保存するハードディスクが必要となる。解析に必要な物品の購入も考えている。また、理論計算を推進するために、文房具等の消耗品も必要である。
昨年末に大容量データの取得に成功したが、大量データ解析に必要な物品を購入する金額に足りなかったため、研究費を繰り越した。今年度の研究費と合わせ、大容量データを扱うための計算機の消耗品の購入に充当させる予定である。
2. 研究の公表：今年度は３本程度の論文出版を予定している。論文の投稿料が必要となる。さらに得られた結果を学会を通じ世界的に発信していく。学会の参加費用、旅費が必要となる。
次年度は上記のように研究費を使用する予定である。
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Research Products
(5 results)
