ジャイロ運動論を用いた粒子シミュレーションの簡約化と核融合炉周辺プラズマへの応用

• 研究課題/領域番号: 16H07419
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 森高 外征雄 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (20554372)
• 研究期間 (年度): 2016-08-26 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: ヘリカル核融合炉 / Particle-in-cell法 / ジャイロ運動論シミュレーション / 核融合炉周辺プラズマ / particle-in-cell法 / ヘリカル周辺プラズマ / 大型ヘリカル装置 / プラズマ・核融合 / シミュレーション工学 / 粒子シミュレーション / ジャイロ運動論

研究成果の概要

周辺領域を含むヘリカル核融合炉全体に対する運動論的プラズマ解析に向けたシミュレーションコード開発を行った。本コードはX-point Gyrokinetic Codeを非軸対称系な三次元系の拡張し、炉心-周辺領域間で滑らかに接続された平衡磁場および非構造格子系を導入している。ベンチマークとして、真空容器壁での高速粒子損失や炉心領域でのGAM振動/ゾーナル流減衰を計算し、従来は独立したシミュレーションモデルで計算されきたこれらの現象を同一のフレームワークで再現した。今後、周辺領域での乱流現象やHモードへの遷移現象といった炉心-周辺領域が密接に結びついた現象の解明へと応用を進めていく予定である。

研究成果

• [国際共同研究] プリンストンプラズマ物理研究所(米国)
• [国際共同研究] プリンストンプラズマ物理研究所(米国)
• [雑誌論文] The suppression of radiation reaction and laser field depletion in laser-electron beam interaction (2018)
  • 著者名/発表者名: J. F. Ong, T. Moritaka, and H. Takabe
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 号: 3 ページ: 03313-03313
  • DOI: 10.1063/1.5012937
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial and temporal plasma evolutions of magnetic reconnection in laser produced plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: Khasanah N.、Peng C.W.、Chen C.H.、Huang T.Y.、Bolouki N.、Moritaka T.、Hara Y.、Shimogawara H.、Sano T.、Sakawa Y.、Sato Y.、Tomita K.、Uchino K.、Matsukiyo S.、Shoji Y.、Tomita S.、Tomiya S.、Yamazaki R.、Koenig M.、Kuramitsu Y.
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 23 ページ: 15-19
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2017.02.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transition from coherent to incoherent acceleration of nonthermal relativistic electron induced by an intense light pulse (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. L. Liu, Y. Kuramitsu, T. Moritaka, S.H. Chen
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 22 ページ: 46-46
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2017.02.006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental Studies on Magnetic Reconnection Using Lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Toseo Moritaka
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 44 ページ: 602-602
  • NAID: 130007957326
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiation reaction in the interaction of ultraintense laser with matter and gamma ray source (2016)
  • 著者名/発表者名: J. F. Ong, W. R. Teo, Toseo Moritaka, H. Takabe
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 5 ページ: 053117-053117
  • DOI: 10.1063/1.4952626
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] TIME EVOLUTION of KELVIN-HELMHOLTZ VORTICES ASSOCIATED with COLLISIONLESS SHOCKS in LASER-PRODUCED PLASMAS (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, A. Mizuta, Y. Sakawa, H. Tanji, T. Ide, T. Sano, M. Koenig, A. Ravasio, A. Pelka, H. Takabe, C. D. Gregory, N. Woolsey, T. Moritaka, S. Matsukiyo, Y. Matsumoto, and N. Ohnishi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 828 号: 2 ページ: 93-93
  • DOI: 10.3847/0004-637x/828/2/93
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Toward the Generation of Magnetized Collisionless Shocks with High-Power Lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka SHOJI, Ryo YAMAZAKI, Sara TOMITA,..., Toseo MORITAKA(21人18番目), ....
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 11 号: 0 ページ: 3401031-3401031
  • DOI: 10.1585/pfr.11.3401031
  • NAID: 130005401630
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり
• [学会発表] Porting XGC to FX100 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Moritaka, S. Abbott, C-S. Chang, T. Koskela, S. Ku, and M. Nunami,
  • 学会等名: 3rd US-Japan JIFT Workshop on Innovations and co-design of fusion simulations towards extreme scale computing
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a Particle-In-Cell Gyrokinetic Code for Stellarator Geometries (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Moritaka, R. Hager, S. Lazerson, C-S. Chang,, S. Ku, and S. Ishiguro
  • 学会等名: US-Japan Joint Institute for Fusion Theory (JIFT) Workshop on: Multiscale Methods in Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Implementation of non-axisymmetric mesh system in the gyrokinetic PIC code (XGC) for Stellarators (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Moritaka, R. Hager, M. Cole, C-S. Chang, S. Lazerson, S. Ku, and S. Ishiguro
  • 学会等名: 59th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] ジャイロ運動論粒子コード(X-point Gyrokinetic Code, XGC)のヘリカル配位への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Moritaka, R. Hager, M. Cole, C-S. Chang, S. Lazerson, S. Ku, and S. Ishiguro
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
• [学会発表] Optimization of the gyrokinetic particle-in-cell code (XGC1) for multi-core CPUs with cache memory (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Moritaka, S. Abbott, C-S. Chang, T. Koskela, S. Ku, M. Nunami and S. Ishiguro
  • 学会等名: The 27th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research & The 13th Asia Pacific Plasma Theory Conference
  • 国際学会