核融合プラズマ新古典・乱流輸送に対する予測性能の高度化

• 研究課題/領域番号: 16K06941
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 洲鎌 英雄 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80202125)
• 研究分担者: 佐竹 真介 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (70390630) ; 沼波 政倫 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40397203) ; 登田 慎一郎 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60332186)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2019年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 核融合プラズマ / 新古典輸送 / 乱流輸送 / 運動論的シミュレーション / プラズマ核融合 / 理論シミュレーション / ジャイロ運動論 / 核融合理論シミュレーション

研究成果の概要

ドリフト運動論およびジャイロ運動論とよばれる理論モデルの改良とそれに基づくシミュレーションコードの開発およびシミュレーション解析により、磁場閉じ込め核融合プラズマの閉じ込め性能を決定づける新古典・乱流輸送過程の予測精度が向上した。LHD等のプラズマ実験装置における観測結果と理論シミュレーション解析との比較により、同位体効果や不純物輸送の物理機構等の重要課題に対する知見が深まった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

核融合プラズマは将来の基幹エネルギー源として期待され、核融合炉の早期実現にとって、核融合プラズマの輸送過程の理論的解明、予測および制御は極めて重要な研究課題である。本研究で得られた成果は、核融合プラズマ輸送過程に対する理論モデルやシミュレーションコードの精度を向上させ、プラズマ実験結果の解析・予測や高性能プラズマ条件の発見に寄与し、核融合炉の実現に貢献するものである。

研究成果

• [国際共同研究] CIEMAT(Spain)
• [国際共同研究] CIEMAT(Spain)
• [国際共同研究] University of Oxford/Culham Centre for Fusion Energy(英国)
• [国際共同研究] Institute of Plasma Physics(Ukraine)
• [雑誌論文] Transport Simulation for Helical Plasmas by use of Gyrokinetic Transport Model (2019)
  • 著者名/発表者名: TODA Shinichiro、NAKATA Motoki、NUNAMI Masanori、ISHIZAWA Akihiro、WATANABE Tomo-Hiko、SUGAMA Hideo
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 3403061-3403061
  • DOI: 10.1585/pfr.14.3403061
  • NAID: 130007652196
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-04-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent Progress in the Numerical Simulation Reactor Research Project (2019)
  • 著者名/発表者名: SUGAMA Hideo、the Numerical Simulation Reactor Research Project Group
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 3503059-3503059
  • DOI: 10.1585/pfr.14.3503059
  • NAID: 130007652189
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-04-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modeling of turbulent particle and heat transport in helical plasmas based on gyrokinetic analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Toda S.、Nakata M.、Nunami M.、Ishizawa A.、Watanabe T.-H.、Sugama H.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 号: 1 ページ: 012510-012510
  • DOI: 10.1063/1.5058720
  • NAID: 120007126285
  • 査読あり
• [雑誌論文] Eulerian variational formulations and momentum conservation laws for kinetic plasma systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugama H.、Nunami M.、Satake S.、Watanabe T.-H.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 号: 10 ページ: 102506-102506
  • DOI: 10.1063/1.5031155
  • NAID: 120007124600
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation studies on temperature profile stiffness in ITG turbulent transport of helical plasmas for flux-matching technique (2018)
  • 著者名/発表者名: Nunami Masanori、Nakata Motoki、Toda Shinichiro、Ishizawa Akihiro、Kanno Ryutaro、Sugama Hideo
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 号: 8 ページ: 082504-082504
  • DOI: 10.1063/1.5036564
  • NAID: 120007119912
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modern gyrokinetic formulation of collisional and turbulent transport in toroidally rotating plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama
  • 雑誌名: Reviews of Modern Plasma Physics 巻: 1:9 号: 1 ページ: 1-73
  • DOI: 10.1007/s41614-017-0010-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impacts of External Momentum Torque on Impurity Particle Transport in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami, M. Sato, M. Nakata, S. Toda, H. Sugama, M. Yokoyama, H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 12 号: 0 ページ: 1203039-1203039
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1203039
  • NAID: 130006224435
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Reduced Transport Model for Ion Heat Diffusivity by Gyro-Kinetic Analysis with Kinetic Electrons in Helical Plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Toda, M. Nakata, M. Nunami, A. Ishizawa, T.-H. Watanabe, H. Sugama
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 12 号: 0 ページ: 1303035-1303035
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1303035
  • NAID: 130006191002
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isotope Effects on Trapped-Electron-Mode Driven Turbulence and Zonal Flows in Helical and Tokamak Plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nakata, M. Nunami, H. Sugama, and T.-H. Watanabe
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 号: 16 ページ: 165002-165002
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.165002
  • NAID: 120007186427
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microinstabilities in hydrogen- and helium-dominated multi-ion-species plasmas in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: M Nunami, M Nakata, H Sugama, K Tanaka and S Toda
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control Fusion 巻: 59 号: 4 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1088/1361-6587/aa5aa6
  • NAID: 120007119913
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-machine analysis of turbulent transport in helical systems via gyrokinetic simulation (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizawa, Y. Kishimoto, T.-H. Watanabe, H. Sugama, K. Tanaka, S. Satake, S. Kobayashi, K. Nagasaki, Y. Nakamura
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 6 ページ: 066010-066010
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa6603
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Benchmark of the local drift-kinetic models for neoclassical transport simulation in helical plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: B. Huang, S. Satake, R. Kanno, H. Sugama, S. Matsuoka
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 24 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4975611
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Benchmark of the Bootstrap Current Simulation in Helical Plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: Huang, S. Satake, R. Kanno, H. Sugama, T. Goto
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 12 号: 0 ページ: 1203004-1203004
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1203004
  • NAID: 130005494558
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Moderation of neoclassical impurity accumulation in high temperature plasmas of helical devices (2017)
  • 著者名/発表者名: J.L. Velasco, I. Calvo, S. Satake, A. Alonso, M. Nunami, M. Yokoyama, M. Sato, T. Estrada, J.M. Fontdecaba, M. Liniers, K.J. McCarthy, F. Medina, B. Ph Van Milligen, M. Ochando, F. Parra, H. Sugama, A. Zhezhera, The LHD Experimental Team, The TJ-II Team
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 1 ページ: 016016-016016
  • DOI: 10.1088/0029-5515/57/1/016016
  • NAID: 120007180026
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Conservation laws for collisional and turbulent transport processes in toroidal plasmas with large mean flows (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama, M. Nunami, M. Nakata, and T.-H. Watanabe
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 24 号: 2 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1063/1.4975075
  • NAID: 120007124608
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Validation studies of gyrokinetic ITG and TEM turbulence simulations in JT-60U tokamak using multiple flux matching (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nakata, M. Honda, M. Yoshida, H. Urano, M. Nunami, S. Maeyama, T.H. Watanabe, H. Sugama
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 56 号: 8 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1088/0029-5515/56/8/086010
  • NAID: 120007181931
  • 査読あり
• [学会発表] Gyrokinetic formulation of collisional and turbulent transport processes in toroidal plasmas with large mean flows (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama
  • 学会等名: Max Planck Princeton Center (MPPC) Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 運動論的シミュレーションに用いる衝突演算子の改良 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲鎌英雄, 松岡清吉, 佐竹真介, 沼波政倫, 渡邉智彦
  • 学会等名: 日本物理学会, 第７４回年次大会
• [学会発表] Recent Progresses in the Numerical Simulation Reactor Research Project (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama
  • 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 / 招待講演
• [学会発表] Eulerian variational formulations and momentum balance equations for kinetic plasma systems (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama, M. Nunami, S. Satake, and T.-H. Watanabe
  • 学会等名: The 60th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics of the American Physical Society
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a Global Neoclassical Transport Simulation for Multi Species Plasmas in Helical Configuration (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Satake, K. Fujita, S. Matsuoka, H. Sugama, and Y. Idomura
  • 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
• [学会発表] Transport simulation in helical plasmas by use of gyrokinetic transport model (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Toda, M. Nakata, M. Nunami, A. Ishizawa, T.-H. Watanabe, and H. Sugama
  • 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
• [学会発表] Modeling of gyrokinetic turbulent transport in helical plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Toda, M. Nakata, M. Nunami, A. Ishizawa, T.-H. Watanabe, H. Sugama
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of a global neoclassical transport simulation for multi species plasmas in helical configuration (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Satake, K. Fujita, S. Matsuoka, Y. Idomura, and H. Sugama
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Kinetic Simulation Studies on Multi-ion-species Plasma Transport in Helical Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami, M. Nakata, H. Sugama, M. Yokoyama, M. Sato, S. Toda, and H. Yamaguchi
  • 学会等名: 27th IAEA Fusion Energy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] ドリフト運動論における運動量バランス方程式の変分原理による導出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 洲鎌英雄, 沼波政倫, 仲田資季, 佐竹真介, 菅野龍太郎, 渡邉智彦
  • 学会等名: 日本物理学会, 第７３回年次大会
• [学会発表] 不純物粒子輸送のジャイロ運動論的シミュレーション研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫, 仲田資季, 登田慎一郎, 洲鎌英雄
  • 学会等名: 日本物理学会, 第７３回年次大会
• [学会発表] ジャイロ運動論的場の理論に基づく衝突・乱流輸送過程におけるトロイダル運動量保存則の導出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 洲鎌英雄, 沼波政倫, 仲田資季, 渡邉智彦
  • 学会等名: 日本物理学会, 第７２回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] ヘリカルおよびトカマクプラズマにおける捕捉電子モード駆動乱流輸送の同位体質量効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 仲田資季, 沼波政倫, 洲鎌英雄, 渡邉智彦
  • 学会等名: 日本物理学会, 第７２回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 不純物イオンを含むヘリカル・プラズマの運動論的輸送シミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫, 仲田資季, 佐藤雅彦, 洲鎌英雄, 横山雅之
  • 学会等名: 日本物理学会, 第７２回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Benchmark of the bootstrap current simulation in helical plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: Botsz HUANG, 佐竹真介, 菅野龍太郎, 洲鎌英雄, 後藤拓也
  • 学会等名: 日本物理学会, 第７２回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Gyrokinetic formulation to derive conservation laws for collisional and turbulent transport of particles, energy, and toroidal momentum (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama
  • 学会等名: 7th Asia Pacific Transport Working Group (APTWG2017) International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Microinstability and Turbulent Transport of Multi-ion-species Plasmas in Helical System (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami
  • 学会等名: 7th Asia Pacific Transport Working Group (APTWG2017) International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Reduced transport models for the dynamical simulation by the gyro-kinetic analysis with kinetic electrons in helical plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Toda
  • 学会等名: 7th Asia Pacific Transport Working Group (APTWG2017) International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Extension of gyrokinetic field theory (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama
  • 学会等名: 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pressure Tensors in Magnetized Plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama
  • 学会等名: 21st International Stellarator-Heliotron Workshop (ISHW2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Simulation studies for neoclassical and turbulent transport of impurities in LHD plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami
  • 学会等名: 21st International Stellarator-Heliotron Workshop (ISHW2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Benchmark of bootstrap current calculations in multi-ion species helical plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Satake, S. Satake, M. Sato, M. Yokoyama, H. Sugama, S. Nishimura, K. Nishioka, Y. Nakamura, J. L. Velasco, I. Calvo, and the LHD team
  • 学会等名: 21st International Stellarator-Heliotron Workshop (ISHW2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Reduced model for electron and ion heat diffusivities by gyro-kinetic simulation with kinetic electrons in helical plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Toda
  • 学会等名: 59th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics of the American Physical Society
  • 国際学会
• [学会発表] Derivation of pressure tensors based on the variational principle (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama
  • 学会等名: 26th International Toki Conference - New era in Plasma and Fusion Research - and 11th Asia Plasma and Fusion Association Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Simulation studies for neoclassical and turbulent transport of impurities in LHD plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami
  • 学会等名: 26th International Toki Conference - New era in Plasma and Fusion Research - and 11th Asia Plasma and Fusion Association Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Benchmark of bootstrap current calculations in multi-ion species helical plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Satake, M. Sato, M. Yokoyama, H. Sugama, S. Nishimura, K. Nishioka, Y. Nakamura, J. L. Velasco, and I. Calvo
  • 学会等名: 26th International Toki Conference - New era in Plasma and Fusion Research - and 11th Asia Plasma and Fusion Association Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Reduced models for turbulent transport by gyro-kinetic simulation with kinetic electron in helical plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Toda
  • 学会等名: 26th International Toki Conference - New era in Plasma and Fusion Research - and 11th Asia Plasma and Fusion Association Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 新古典乱流輸送の理論シミュレーション研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 洲鎌英雄
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
• [学会発表] 複数粒子種プラズマ輸送の運動論的シミュレーション研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫, 仲田資季, 佐藤雅彦, 登田慎一郎, 洲鎌英雄, 横山雅之, 山口裕之
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Gyrokinetic theory of collisional and turbulent transport in toroidal plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: H.Sugama
  • 学会等名: Joint 13th Asia Pacific Physics Conference and 22nd Australian Institute of Physics Congress
  • 発表場所: Brisbane Convention and Exhibition Centre (Brisbane)
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヘリカルプラズマにおける運動論的電子を用いたジャイロ運動論解析による簡約化輸送モデル構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 登田慎一郎，仲田資季，沼波政倫，石澤明宏，渡邉智彦，洲鎌英雄
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第33回年会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス
  • 年月日: 2016-11-29
• [学会発表] ジャイロ運動論的シミュレーション・コードGKVの現況と今後の拡張 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉智彦, 前山伸也, 西岡賢二, 仲田資季, 沼波政倫, 洲鎌英雄
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第33回年会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス
  • 年月日: 2016-11-29
• [学会発表] Anomalous and Neoclassical Transport of Hydrogen Isotope and Impurity Ions in LHD Plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] ヘリカル系における多イオン種プラズマの乱流輸送シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫, 仲田資季, 洲鎌英雄
  • 学会等名: 日本物理学会, ２０１６年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] ヘリカルプラズマにおける電磁的ジャイロ運動論解析による簡約化輸送モデル構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 登田慎一郎，仲田資季，沼波政倫，石澤明宏，渡邉智彦，洲鎌英雄
  • 学会等名: 第１１回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2016-07-14
• [備考] 数値実験炉研究プロジェクト 研究活動 新古典・乱流輸送シミュレーショングループ
  • URL: http://nsrp.nifs.ac.jp/activity/activity04.html
• [備考] 数値実験炉研究プロジェクト 研究活動 新古典・乱流輸送シミュレーショングループ
  • URL: http://nsrp.nifs.ac.jp/activity/activity04.html
• [備考] プレスリリース：イオン質量による乱流抑制のメカニズムを解明
  • URL: http://www.nifs.ac.jp/press/170410.html