2014 Fiscal Year Research-status Report
バーンシュタイン波による波動加熱・電流駆動の自己無撞着な解析
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26630471
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
福山 淳 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60116499)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | プラズマ／核融合 / 計算物理 / 波動伝播 / 粒子運動論的効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 有限要素法による波動伝播解析に運動論的効果を取り入れるため，積分形誘電率テンソルの定式化を行った．マクスウェル速度分布に対する積分形運動論的誘電率テンソルを，有限要素法を用いた１次元波動伝播解析（TASK/W1）に適用して波動伝播解析を行い，電子バーンシュタイン波の励起を記述した．トカマクの弱磁場側から励起された正常波が遮断層を透過し，異常波にモード変換されて高密度領域で反射され，さらに高域混成共鳴近傍で電子バーンシュタイン波にモード変換してプラズマ中心部まで到達し，電子サイクロトロン高調波共鳴で吸収される過程を示すことが可能になった．そして，この１次元解析によって，励起条件やプラズマ条件のパラメータ依存性を調べ，解析的評価との比較を行いつつある．
2. 電子バーンシュタイン波の２次元伝播解析を目指して，有限要素法を用いた２次元波動伝播解析コード（TASK/WF2D）の整備を行った．まず冷たいプラズマモデルを用いて，電子サイクロトロン波の遮断層における反射，透過，高域混成共鳴層における吸収の解析が可能になった．引き続いて，マクスウェル速度分布に対する積分形運動論的誘電率テンソルを取りれた２次元有限要素法解析の定式化を行った．ラーモア半径の３倍程度の範囲にある要素が相互作用を行うため，通常の有限要素法とは異なる取扱いが必要となった．
3. 最後に，任意の速度分布関数に対する運動論的誘電率テンソルの定式化を行い，速度分布関数の時間発展を含めた不均一プラズマ中の波－粒子相互作用の自己無撞着な解析の準備を行った．．
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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
１．マクスウェル速度分布における電子バーンシュタイン波の１次元伝播解析は，順調に進展している．
２．２次元伝播解析については，コードの整備がやや遅れたが，冷たいプラズマ近似での解析が可能になった．積分形誘電率テンソルを用いた有限要素法の２次元定式化も完了しているが，実装が遅れている．６月末までに完了する予定である．
３．任意の速度分布関数について誘電率テンソルを計算するための定式化は完成したが，実装にあたっては効率的な数値積分および並列処理が必要となり，平成27年度に開発する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度以降は，当初の予定通り，バーンシュタイン波の２次元波動伝播解析を進めるとともに，速度分布関数の時間発展を含めた自己無撞着な解析に向けた開発を行う．
1.不均一プラズマ中において波動との相互作用による速度分布関数の変形を定量的に解析するため，積分形の準線形速度拡散係数の定式化を行う．
2. 任意の速度分布関数に対する積分形運動論的誘電率テンソルを，有限要素法を用いた２次元波動伝播解析コードに導入し，トカマクプラズマにおける電子バーンシュタイン波の伝播解析を行う．
3. 速度分布関数解析コードTASK/FPに積分形準線形拡散項を導入し，波動の吸収に伴う速度分布関数の時間発展を記述する．
4. 電子バーンシュタイン波の運動論的伝播解析と電子の速度分布関数解析を組み合わせ，球状トカマクにおける電子バーンシュタイン波による電流駆動の解析を行う．さらに. 励起条件を変えて電流駆動効率の向上を図るとともに，電子密度や電子温度の空間分布に対する依存性を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
研究協力者として招聘を予定していた Shabbir Ahmad Khan が外国人特別研究員に採用されたため，招聘の旅費と計算コード開発用パソコンの購入を予定していた物品費が減少したため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度以降の旅費ならびに論文投稿費を増額するとともに，本研究に関連する研究を進めている外国人研究者を研究協力者として招聘する予定である．
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