2015 Fiscal Year Research-status Report
マルチスケールプラズマ乱流におけるミクロメゾスケール渦の形成・消失過程の解明
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26800283
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
前山 伸也 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70634252)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | プラズマ乱流 / マルチスケール物理 / 非線形相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合プラズマ研究においては高温高圧のプラズマを如何に閉じ込めるかが重要な課題の一つであり、乱流拡散により熱や粒子の大きな輸送を引き起こすプラズマ乱流現象の理解が求められている。本研究では、電子・イオンスケールに渡るマルチスケールプラズマ乱流の物理機構を解明することを目的として研究を進めている。
今年度は、昨年度の主な2つの成果「スケール間相互作用の発見」と「スケール間相互作用を評価するための三波結合解析の流体近似手法の開発」を受けて、その物理機構の詳細な解析を進めた。
その結果、イオンラーマ半径程度の比較的短波長のイオンスケール乱流渦によって電子スケール乱流渦のせん断が起こることが明らかになった。逆に言えば、長波長帯状流は電子スケール乱流と時間的・空間的に大きくスケールが離れているため、両者の相関が小さく影響しにくいと考えられる。続いて、電子スケール乱流がイオンスケール乱流に与える影響についての解析を進めたところ、イオンスケール乱流が作り出す比較的短波長の帯状流を電子スケール乱流が減衰させることにより、結果的に帯状流によるせん断力が弱まり、イオンスケール乱流を活発にしていることが明らかとなった。どちらにも共通して言えることは、イオンの作り出すミクロスケール乱流と電子の作り出す極ミクロスケール乱流との相互作用において、短波長乱流渦や短波長帯状流といった中間スケール（ミクロメゾスケール）構造が重要となることが明らかとなった。
さらに、これまで解析を行っていたイオン／電子温度勾配不安定性により駆動される乱流のみならず、異なる駆動乱流の系にも同様の知見が成り立つかという疑問がある。そのため、イオンスケールの波長と微細な電流シート構造を併せ持つマイクロティアリングモードと電子温度勾配駆動乱流の相互作用を調べるべくコードの準備とベンチマークテストを行った。
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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
昨年度の重要な発見である、イオンスケール乱流が電子スケール乱流の影響を受けて輸送レベルが増大するという現象に関して、新規に開発した三波結合伝達の流体近似手法が功を奏し、その物理機構の詳細が明らかとなった。得られた結果は、イオンスケールと電子スケールの中間的なミクロメゾスケールの構造を介してマルチスケール乱流相互作用が起こるというもので、予定していた研究内容と齟齬なく進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミクロメゾスケールの影響をイオン／電子温度勾配駆動乱流だけではなく、マイクロティアリングモード／電子温度勾配駆動乱流の様な異なる不安定性が駆動する系についても調べて、マルチスケール相互作用に関する議論を拡張していく。
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| Causes of Carryover |
当初、関連研究を行っているマックスプランクプラズマ物理研究所の研究者との議論を行うための外国出張を予定していたが、配分額内で予算使用を進めるために取りやめとし、メールベースでの議論および国際会議に合わせて議論するなどした。その成果は、1編の国際共同研究論文[S. Maeyama, et al., Plasma Fusion Res. 11, 240301 (2016)]として結実した。
上記の変更分は、1回の外国出張と国内開催の国際／国内会議への出張に振り分け直したため、そのずれの分の次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国内で関連研究を行っている京都大学や日本原子力研究開発機構の研究者らと議論するための旅費の一部として利用する。
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