| 研究課題/領域番号 |
20K03892
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14010:プラズマ科学関連
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 (2023)
名古屋大学 (2020-2022) |
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研究代表者 |
前山 伸也 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (70634252)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | プラズマ乱流 / マルチスケール相互作用 / 射影演算子法 / 一般化Langevinモデル / 磁場閉じ込め核融合 / マルチスケール物理 / 非線形相互作用 / 一般化Langevin方程式 / 統計的データ解析 / プラズマ・核融合 / ハイパフォーマンス・コンピューティング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
プラズマ中で生じる乱流は、大きく質量の異なる電子とイオンに起因して、大小様々なスケールの揺らぎを作り出す。近年のスーパーコンピュータを用いた大規模数値シミュレーションにより、広くスケールの離れたこれらの揺らぎの間にも、相互作用が存在することが明らかになった。本研究では、プラズマ物理・非平衡統計力学・データ科学のアプローチを利用して、プラズマ乱流マルチスケール相互作用を異なるスケール間の相関問題として捉え、コヒーレントな相関項と確率的な無相関項として表す一般化Langevin描像として定式化・体系化することを目指す。本研究の成果は、プラズマ物理学・核融合学・宇宙物理学・流体力学などに貢献する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、大規模数値シミュレーションや国際共同ベンチマークを通じて、異なるスケール間の乱流非線形相互作用のメカニズムを明らかにした。特に、磁場閉じ込め核融合プラズマにおける乱流輸送抑制効果を発見するとともに、異なるスケールの乱流間の相互阻害性や実効的非等方散逸としての電子スケール効果などを解明した。さらに、統計的データ解析手法としての射影演算子法を開発し、コヒーレントな相関項と無相関項による確率的駆動という一般化Langevin描像を示した。乱流・帯状流間相互作用解析に応用することで数値シミュレーションデータに基づく裏付けを示した。開発したコードはオープンソースとして公開した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、プラズマ乱流のマルチスケール相互作用を詳細に解明し、統計的データ解析手法としての射影演算子法を開発・応用したことにより、プラズマ物理学の理解を進展させた。特に、磁場閉じ込め核融合プラズマにおける乱流輸送抑制効果や、異なるスケールの乱流間の相互阻害性を明らかにしたことは、核融合研究におけるブレークスルーである。これにより、将来的な核融合炉の設計や運用における乱流制御技術の向上が期待される。さらに、開発された射影演算子法のオープンソース化により、多くの研究者が利用可能となり、プラズマ乱流研究のさらなる発展が促進されることが期待される。
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