2016 Fiscal Year Annual Research Report
Quantitative prediction of turbulent transport in three-dimensional plasmas based on gyrokinetic simulations
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26820398
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
沼波 政倫 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40397203)
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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 / ジャイロ運動論的シミュレーション / 乱流輸送 / 大型ヘリカル装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、大型ヘリカル装置（以下、LHD）に代表される３次元磁場閉じ込め装置や、３次元磁場配位の効果を考慮したトカマク装置における、プラズマの異常輸送現象を定量的に理解することが主目的である。最終年度である平成２８年度では、上記の目的を達成するため、前年度までに開発を進めて来たジャイロ運動論的シミュレーションコードを用いて、実際のLHD配位での複数粒子種プラズマの乱流シミュレーションを実施し、以下の成果を得た。
（１）構成粒子種によるイオンスケールの微視的不安定性解析：LHD配位において、ヘリウムイオンが構成粒子種として支配的な複数粒子種プラズマでは水素イオンが支配的な場合と比較して、微視的不安定性が低減されていることが、４粒子種（水素、ヘリウム、炭素、電子）を含むLHDプラズマでのジャイロ運動論的シミュレーションにより確認された。これは、実際のLHD実験においても確認されているヘリウムが支配的なプラズマでの高イオン温度の達成と熱輸送改善に対して無矛盾な結果を与えるものである。
（２）不純物輸送に対する運動論的解析：不純物として炭素イオンを含むLHDプラズマにおいて、各粒子種（水素、ヘリウム、炭素、電子）の粒子輸送に対する乱流および新古典からの寄与についてジャイロ運動論およびドリフト運動論に基づくシミュレーション解析を実施した。特に、極端にホローな密度分布を伴う不純物ホール構造が生じるLHD配位において、乱流輸送が不純物イオンについて径方向内向きの粒子輸送を予想する中、新古典輸送から決定される径電場により、乱流輸送と新古典輸送が共に釣り合う可能性を指摘した。
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