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局所構造およびパリティの観点から紐解くプラズマ乱流のマルチスケール相互作用

研究課題

研究課題/領域番号 17K14424
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 プラズマ科学
研究機関名古屋大学

研究代表者

前山 伸也  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (70634252)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードプラズマ乱流 / マルチスケール相互作用 / プラズマ・核融合 / マルチスケール物理 / 非線形相互作用 / 射影演算子法 / 核燃焼プラズマ / ハイパフォーマンス・コンピューティング
研究成果の概要

宇宙や核融合装置などで観測される磁場閉じ込めプラズマでは、密度・温度勾配を駆動源とする微視的不安定性が存在し、電磁場の揺らぎを伴う乱流を作り出す。本課題では、大きく質量の異なる電子とイオンの運動に起因する異なるスケールの乱流間のマルチスケール相互作用の物理メカニズムについて理論・数値シミュレーションを用いて研究を行った。その結果、長波長のイオンスケール不安定においても、運動論的電子の効果により短波長の局所構造が作られ、極短波長の電子スケール不安定性と相互作用することが示された。これは、異なるパリティを持つイオンスケール不安定性についても同様であり、マルチスケール相互作用の普遍性が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

プラズマ乱流研究の文脈の下で、電子・イオンスケール乱流間の相互作用はその解析の難しさ故に未解決のまま取り残されてきた。本研究では、乱流を駆動する微視的不安定性の多様性に着目したシミュレーション研究を実施した。イオンスケールの局所電流シート構造を破壊することで極微細スケールの電子スケール乱流が卓越するという、非自明な結果が得られ、申請者らの先行研究との比較からマルチスケール相互作用の普遍的性質が示唆された。その学術的成果は、乱流輸送の予測・評価が装置設計を左右しうる核融合学への貢献、人工衛星観測により多階層・電子スケール物理の研究が進む宇宙物理学への示唆などへの波及効果が期待できる。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 9件、 招待講演 6件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] フランス原子力庁(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] オランダ基礎エネルギー研究所(オランダ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] フランス原子力庁(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Extracting and Modeling the Effects of Small-Scale Fluctuations on Large-Scale Fluctuations by Mori?Zwanzig Projection Operator Method2020

    • 著者名/発表者名
      Maeyama Shinya、Watanabe Tomo-Hiko
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 号: 2 ページ: 024401-024401

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.024401

    • NAID

      40022155073

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Persistence of Ion Temperature Gradient Turbulent Transport at Finite Normalized Pressure2019

    • 著者名/発表者名
      Ishizawa A.、Urano D.、Nakamura Y.、Maeyama S.、Watanabe T.-H.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 号: 2 ページ: 025003-025003

    • DOI

      10.1103/physrevlett.123.025003

    • NAID

      120006708245

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlation between zonal flow shearing and entropy transfer rates in toroidal ion temperature gradient turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Miura T.、Watanabe T.-H.、Maeyama S.、Nakata M.
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 26 号: 8 ページ: 082304-082304

    • DOI

      10.1063/1.5109476

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Overlapping communications in gyrokinetic codes on accelerator‐based platforms2019

    • 著者名/発表者名
      Asahi Yuuichi、Latu Guillaume、Bigot Julien、Maeyama Shinya、Grandgirard Virginie、Idomura Yasuhiro
    • 雑誌名

      Concurrency and Computation: Practice and Experience

      巻: 32 号: 5 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1002/cpe.5551

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Implementation of a gyrokinetic collision operator with an implicit time integration scheme and its computational performance2019

    • 著者名/発表者名
      Maeyama S.、Watanabe T.-H.、Idomura Y.、Nakata M.、Nunami M.
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications

      巻: 235 ページ: 9-15

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2018.07.015

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Suppression of Ion-Scale Microtearing Modes by Electron-Scale Turbulence via Cross-Scale Nonlinear Interactions in Tokamak Plasmas2017

    • 著者名/発表者名
      Maeyama S.、Watanabe T.-H.、Ishizawa A.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 号: 19 ページ: 195002-195002

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.195002

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 射影演算子法による小スケール揺動が大スケール揺動に与える寄与の抽出2019

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      令和元年度MHD研究会「プラズマの複雑現象を対象としたデータマイニングの活用」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 電子・イオンスケール乱流相互作用の抽出とモデル化2019

    • 著者名/発表者名
      前山伸也, 渡邉智彦
    • 学会等名
      第36回プラズマ・核融合学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Methodology for extracting and modeling electron-scale effects in multi-scale plasma turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama, T.-H. Watanabe
    • 学会等名
      3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Current status of GKV code2019

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama
    • 学会等名
      Joint US-Japan Workshop on PostK-ECP Collaboration and JIFT Exascale Computing Collaboration
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 射影演算子法によるプラズマ乱流マルチスケール相互作用の抽出2019

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 森-Zwanzigの射影演算子法を利用した小スケールから大スケールへの寄与の抽出とモデル化2019

    • 著者名/発表者名
      前山伸也, 渡邉智彦
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Multi-scale simulation of electron/ion-scale turbulence in Tokamak plasmas2019

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama
    • 学会等名
      US-Japan JIFT Workshop on Multi-scale Simulations in Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電子スケール乱流がイオンスケール乱流に及ぼす影響の抽出2019

    • 著者名/発表者名
      前山伸也,渡邉智彦
    • 学会等名
      第74回日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 原型炉およびJT-60SAに向けた微視的不安定性の電磁的ジャイロ運動論的解析2019

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      第8回IFERC-CSC研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Application of Mori-Zwanzig projection operator method to multi-scale turbulence problems2019

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama, T.-H. Watanabe
    • 学会等名
      Max Planck Princeton Center Workshop 2019 (MPPC2019)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of electron-scale turbulence on ion-scale turbulence in Tokamak plasmas2018

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama
    • 学会等名
      2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Roles of sub-ion-scale structures on cross-scale interactions in Tokamak plasma turbulence2018

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama
    • 学会等名
      11th Plasma Kinetics Working Meeting (WPI2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] プラズマ乱流マルチスケール相互作用の抽出とモデル化2018

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] JT-60SA・原型炉に向けた微視的電磁不安定性解析2018

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      第24回NEXT研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] マイクロティアリングモードが乱流輸送に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      第23回NEXT研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電子・イオンスケール乱流間のマルチスケール相互作用に関する研究(若手奨励賞受賞記念講演)2018

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      第73回日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fourier-Laguerre展開による磁化プラズマ乱流中の位相空間カスケードの解析2018

    • 著者名/発表者名
      前山伸也,國成希浩,渡邉智彦
    • 学会等名
      第73回日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Cross-Scale interactions between electron and ion scale plasma turbulence via sub-ion-scale structures2017

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama
    • 学会等名
      25th International Conference on Numerical Simulation of Plasmas
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cross-scale interactions between electron and ion scale plasma turbulence via sub-ion-scale structures2017

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      平成29年度閉じ込め・輸送研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Effects of electron-scale turbulence in magnetic fusion plasma2017

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      実験室・宇宙プラズマ研究会「乱流・輸送・粒子加速」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Multi-scale interactions between electron-temperature-gradient-mode and micro-tearing-mode turbulence2017

    • 著者名/発表者名
      前山伸也,渡邉智彦,石澤明宏
    • 学会等名
      Plasma Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Suppression of micro-tearing modes by electron temperature gradient modes2017

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Multi-scale turbulence simulations of micro-tearing modes and electron-temperature-gradient modes2017

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama
    • 学会等名
      US-Japan JIFT Exascale Computing Workshop 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of electron-scale turbulence on micro-tearing modes2017

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama, T.-H. Watanabe, A. Ishizawa
    • 学会等名
      7th APTWG International Conference
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] Shinya Maeyama's website

    • URL

      https://www.p.phys.nagoya-u.ac.jp/~smaeyama/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 名古屋大学教員データベース

    • URL

      http://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/view/html/100008165_ja.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
  • [備考] GyroKinetic Vlasov simulation code: GKV

    • URL

      https://www.p.phys.nagoya-u.ac.jp/gkv/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Shinya Maeyama's website

    • URL

      http://www.p.phys.nagoya-u.ac.jp/~smaeyama/

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
  • [備考] GyroKinetic Vlasov simulation code: GKV

    • URL

      http://www.p.phys.nagoya-u.ac.jp/gkv/

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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