| Project/Area Number |
21K03507
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | プラズマ・核融合 / 磁気流体力学（MHD） / 疑似アニーリング / ハミルトン系 / カシミア不変量 / 定常状態 / 安定性 / 負エネルギーモード / MHD安定性 / エネルギー極小 / 非正準Hamilton力学理論 / Casimir不変量 / 非正準ハミルトン力学 |
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| Outline of Research at the Start |
核融合プラズマのMHD線形安定性は，スペクトル解析やエネルギー原理によってかなりのことが調べられてきたが，臨界安定な系の非線形不安定性や負エネルギーモードの存在など，未解明の点も残されている．MHD平衡に微小摂動を加えたときのエネルギー増減の様子を疑似アニーリング法を用いて調べ，状態空間内でのエネルギーや不変量の“等値面”の構造を捉えることにより，非線形不安定性や負エネルギーモードの物理と数理を明らかにすることが研究目的である．本研究により，スペクトル解析では安定でも潜在的に危険なMHD平衡に関する知見が得られ，MHD安定性に裕度をもった平衡が求められる炉設計に貢献できる．
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| Outline of Final Research Achievements |
An equilibrium of a fusion plasma must be stable against ideal MHD modes. Our study utilized the simulated annealing (SA), which solves artificial dynamics derived from the Hamiltonian structure of the ideal MHD, to investigate stability of various equilibria from the energy point of view. Depending on profiles of the magnetic and velocity fields, we found several equilibria that are unstable, although they are linearly stable according to the conventional spectral analyses. These equilibria are at energy minima when helical perturbations exist. To conduct these numerical calculations, we developed methods to shorten computational time. In addition, we developed a minimum model that can analyze magnetorotational instability. By using this model, we identified negative-energy modes via the linear stability analyses.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
核融合エネルギー開発において，理想MHD安定な炉心プラズマ平衡は必須である．本研究は，炉心プラズマ設計で日常的に用いられるスペクトル解析では見つけられない理想MHD不安定性を，理想MHDのハミルトン構造を利用して導かれる疑似アニーリング（SA）法によって見つけている．また，SA法が長い計算時間を要することを解決するために，その加速手法を開発している．さらに，他分野で研究される磁気回転不安定性の解析から負エネルギーモードの同定に成功しており（スペクトル解析では安定），同じ方法を核融合プラズマの安定性解析に用いる可能性を開いている．
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