| Project/Area Number |
21K03509
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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 | Nihon University |
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Principal Investigator |
佐々木 真 日本大学, 生産工学部, 准教授 (70575919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西澤 敬之 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (00955007)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 構造形成 / 乱流捕捉 / 乱流輸送 / データ駆動科学 / 特異値分解 / 深層学習 / プラズマ乱流 / 時空間ダイナミクス / スケール混合 / 帯状流 / ストリーマ / ドリフト波乱流 / 位相空間ダイナミクス |
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| Outline of Research at the Start |
磁場閉じ込めプラズマには背景流れが存在し、乱流輸送に大きな影響を与えることで、多様なプラズマ分布変形を引き起こし、輸送障壁や階段状分布等の凸凹な分布を示す。このような凸凹分布の空間スケールは乱流の波長スケールと同程度となり、すなわちスケール混合が起こる。本研究では、乱流とプラズマ分布のスケール混合過程に焦点を当て、アバランチや階段状分布・輸送障壁を包括する大域的凸凹分布の選択則を明らかにする。従来のスケール分離を仮定せずに、簡約流体モデルに基づく理論解析と乱流シミュレーションとを組み合わせる事で、大域的分布予測・制御指針を得る事を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場閉じ込めプラズマにおける乱流は帯状流等の構造形成を伴い、自身の強度分布が構造形成によって空間変調を受ける。特に、静的帯状流が駆動される場合は、乱流強度は空間局在化するため、乱流輸送の局在化が起こり、プラズマ分布にstaircaseと呼ばれる凸凹構造が生まれる。この乱流局在性を決める鍵となるのが、波動運動論が予言する乱流捕捉であることを提唱してきた。波動運動論は、スケール分離を仮定することで、乱流分布を波数・実空間が張る位相空間上で議論する理想的モデルである。今年度は、波動運動論の基礎となる簡約流体モデルの数値シミュレーションを実施し、現実的な状況においても乱流捕捉が働くかの検証を行った。断熱係数をパラメタとして、複数のシミュレーションを実施した。断熱係数が大きな場合、乱流捕捉が実際に生じることを発見した。この時、乱流強度と帯状流の空間的位相関係や密度分布の凸凹構造は波動運動論が予言する通りである事を示した。一方、断熱係数が小さな場合は、帯状流の寿命が短くなり、乱流捕捉が生じない事も分かった。
更に、乱流・構造間相互作用を解析するためのデータ駆動科学的手法の開発も行なった。特に、乱流駆動輸送解析するために提案した多重場特異値分解を実際の乱流シミュレーションデータに適用し、突発輸送を駆動する非線形モードの同定に成功した。この際、特異値分解によって得られる多数の構造をクラスタリングする手法を提案した。この方法は、モード数の打ち切りをせずに、低自由度に縮約することが可能となる。
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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
これまでに乱流の空間分布を決定する重要な機構として波動運動論に基づく乱流捕捉機構を提案してきた。波動運動論は理想的極限であるため、現実的な系で乱流捕捉機構が働くかは自明ではなかった。そこで、より現実的系を再現可能な乱流シミュレーションを実施し、実際に乱流捕捉が起こる事を示すとともに、乱流捕捉が効かない新たな領域も発見した。
更に、近年急速に進展を見せているデータ駆動科学分野で開発されてきている手法をプラズマ乱流に適用可能な形に拡張し、これまで解析が困難であった突発輸送の物理素過程の分解に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、乱流捕捉・非捕捉を決める物理機構の解明を行う。特に、帯状流の寿命を決める物理機構が重要な鍵となると考える。多重場の乱流統計モデルの開発を行い、その上で磁場形状効果等を部分的に取り込んだ大域輸送モデルの開発を目指す。
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