| 研究概要 |
プラズマの異常輸送を解明するためには,ドリフト波等による静電乱流の特性を理解する必要がある。本研究は,抵抗性ドリフト波と抵抗性インターチェンジモードに起因する乱流の性質を,磁気シアーの存在する円柱プラズマモデルに対して教値シミュレーションを用いて明らかにすることを目的として行った。抵抗性ドリフト波乱流に対する長谷川・若谷方程式を拡張し,磁力線の平均曲率を考慮できるようにして,抵抗性インターチェンジモードの分枝も調べられるようにした。三次元非線形教値シミュレーションでは,線形不安定性により成長したゆらぎが抵抗と粘性および粒子拡散の散逸効果により定常乱流スペクトルを形成する場合に注目した。
基礎方程式系を解いて,静電ポテンシャルゆらぎと密度ゆらぎの定常乱流状態を求め,波数空間のエネルギースペクトル,エンストロフィースペクトル,クロスヘリンティースペクトルを調べ,基礎方程式系から解析的理論により予測される結果と比較した。乱流スペクトルを支配する重要なパラメータは抵抗の大きさであり,抵抗が零の極限では,静電ポテンシャルと密度ゆらぎの間にボルツマン関係が要請され,結果的には長谷川・三間方程式と帰着する。これより,エネルギーが逆力スケードし,エンストロフィーが順力スケードになる。一方,抵抗が大きい極限では,運動エネルギー,内部エネルギー,エンストロフィーおよびクロスヘリシティが保存することより,運動エネルギースペクトルは波数
空間において逆力スケードし,内部エネルギースペクトルが順力スケードになると予測される。具体的な数値シミュレーションでは,抵抗は有限の大きさであるが,抵抗が小さい場合と抵抗が大きい場合において,上述のようなスペクトルカスケードが明確に見出されている。
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