| 研究課題/領域番号 |
21K03514
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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14020:核融合学関連
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
登田 慎一郎 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (60332186)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
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| キーワード | 乱流 / 輸送 / トロイダルプラズマ / プラズマ輸送 / プラズマ乱流 / ダイナミクス / ジャイロ運動論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トロイダルプラズマにおいて、ジャイロ運動論解析結果を輸送ダイナミクスシミュレーションに適用するのはこれまで困難であり、定常輸送解析にとどまっていた。本研究では、ジャイロ運動論解析結果による乱流輸送を用いた、プラズマダイナミクスを考察する時間発展シミュレーションを行う。その際、ジャイロ運動論解析結果に基づく簡約化モデルにより、乱流輸送レベルを決める。シミュレーション結果が、実験結果をどの程度再現するかを検証する。検証結果をITER等での改善閉じ込めプラズマを目指す予測研究の基礎にする。
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| 研究実績の概要 |
乱流輸送はトロイダルプラズマの研究において最も重要なテーマの一つである。電磁ジャイロ運動論シミュレーションを用いて微視的なプラズマ不安定性を調べた。規格化電子衝突周波数が1以下である捕捉電子モード(TEM)は、高衝突領域で散逸性捕捉電子モード(d-TEM)と呼ばれる。ここで、このモードは電子衝突からの散逸によって駆動され、イオンはバナナ領域にいる必要はなく、密度勾配や温度勾配で駆動される。九州大学応用力学研究所において、PLATO装置でのプラズマ実験が開始された。プラズマ性能を予測するために、統合コードを用いた輸送シミュレーションがPLATOトカマクで実施された。PLATOのプラズマプロファイルは、統合コードTASKで半経験的モデルを用いて予測されている。これらのプラズマでは、電子衝突周波数は電子バウンス衝突周波数より小さく、イオン衝突周波数はイオンバウンス衝突周波数よりも大きい。したがって、これらのプラズマは高衝突領域であり、d-TEMは不安定であると予測される。局所ジャイロ運動論シミュレーションを用いて、d-TEMとITGモードに注目した。ジャイロ運動論的シミュレーションにはGKVコードを用いた。解析には、Sugama(S)衝突モデル演算子とLenard-Bernstein(LB)衝突モデル演算子を用いている。散逸性捕捉電子モードとイオン温度勾配モードの励起を、S衝突モデル演算子[H. Sugama et al., Phys. Plasmas 16, 112503 (2009)]を用いた解析結果から予測した。乱流輸送の定量化を行なった。Sugama衝突演算子を用いた解析結果では、Lenard-Bernstein衝突演算子を用いた解析結果よりも、帯状流が乱流輸送に与える影響が強いことが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画では、捕捉電子モードにおける簡約化モデルを令和5,6年度に導出する予定である。簡約化モデルを構築するのに、５割程度の計算が終了した。当初の計画とは違う衝突モデルの物理量依存性を考察している。新たに扱った衝突モデルはより精密な解析ができる利点があり、衝突モデルを用いた乱流輸送についての帯状流効果に関する論文を出版した。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画通り、乱流輸送を概算できる捕捉電子モードにおける簡約化モデルを構築する。そして、乱流輸送に対する帯状流の影響を調べる。また、イオン温度勾配不安定性による乱流輸送との比較を行い、乱流輸送に対する帯状流の影響を研究する。また、乱流輸送簡約化モデルを用いた、温度、密度分布予測を行う。
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