2014 Fiscal Year Research-status Report
ペタスケール乱流シミュレーションによる異常輸送の同位体効果に関する研究
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26420861
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
井戸村 泰宏 独立行政法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (00354580)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 核融合 / トカマク / ジャイロ運動論 / 数値実験 / 同位体効果 / イオン温度勾配駆動乱流 / 核燃焼プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
国際熱核融合実験炉ITERにおける核燃焼プラズマの閉じ込め性能を評価する上で、異常輸送（プラズマ乱流によって発生する熱輸送）の機構解明が重要な課題となっている。本研究では、近年の実験的研究で定量的に明らかになった水素プラズマと重水素プラズマにおけるエネルギー閉じ込め性能の大きな違いに着目し、異常輸送の同位体効果を第一原理モデル（ジャイロ運動論）に基づくペタスケール乱流シミュレーションによって解明する。さらに、同位体効果の物理機構の理解に基づき、重水素、三重水素、ヘリウムを含む核燃焼プラズマのエネルギー閉じ込め特性を評価する。
本年度はイオン温度勾配駆動（ITG）乱流におけるエネルギー閉じ込め時間の規格化装置サイズと同位体質量に対する依存性を小型装置モデルの数値実験によって評価した。この結果、ITG乱流のエネルギー閉じ込め時間は同位体質量の1乗、および、規格化装置サイズの2乗に比例するBohmスケーリングに近く、同じ規格化装置サイズの水素プラズマと重水素プラズマを比較すると、同位体質量に比例して重水素プラズマの閉じ込めが良いことを示した。しかしながら、実験的に観測されている閉じ込めスケーリング（Lモードプラズマ）では同位体質量の1.67乗というより強い依存性を示しており、これを説明することは断熱的電子モデルを仮定するITG乱流シミュレーションでは難しいことがわかった。この問題を解決するために、次年度以降は運動論的電子モデルを含む捕捉電子モード乱流シミュレーションの開発を推進する。
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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
本年度は研究計画で予定していた小型装置モデルにおけるエネルギー閉じ込め時間の規格化装置サイズと同位体質量に対する依存性の評価を完了し、イオン温度勾配駆動乱流のエネルギー閉じ込め時間のスケーリングを示すとともに、プラズマ分布や乱流特性の詳細な比較から輸送特性の変化をもたらす物理機構を示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究の成果によって、実験的に観測されているエネルギー閉じ込め時間の同位体依存性を再現するには、本研究で当初予定していた断熱応答電子モデルのイオン温度勾配駆動乱流シミュレーションでは不十分であることが判明した。このため、次年度は研究計画で予定していたJT-60U実験データの解析を延期し、運動論的電子モデルの捕捉電子モード乱流シミュレーションの開発に取り組むこととした。また、高速電子運動の計算を必要とする捕捉電子モード乱流シミュレーションでは計算資源が不足するため、解析規模も小型装置モデルとすることにした。
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| Causes of Carryover |
平成26年度の研究成果により、研究計画の変更が発生した。これに伴い、平成26年度に予定していた論文投稿を次年度以降に延期したため、次年度使用額が生じることとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は、延期した論文の投稿に係わる費用として使用する。平成27年度分として請求した助成金は、計画通りに執行する予定である。
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