核融合プラズマにおける境界層問題の新しい接続解法の開発

• 研究課題/領域番号: 23760805
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 鳥取大学 (2012-2015); 東京大学 (2011)
• 研究代表者: 古川 勝 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80360428)
• 研究期間 (年度): 2011-04-28 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2011年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: プラズマ・核融合 / 境界層 / 数理物理 / 特異摂動 / 波動

研究成果の概要

本研究課題では，磁化プラズマの抵抗性磁気流体力学的（MHD）安定性問題の新解法を構築し発展させた．本方法は，従来の代表的解法の1つであった漸近接続法（境界層理論）が適用不可能または現実的に困難な状況にも適用可能である．具体的には，当該研究者等の先行研究を発展させ，(1) 軸対称トロイダルプラズマの線形安定性，(2) 円柱プラズマだが弱く非線形な時間発展を解く方法を共に定式化し，コード開発も行った．他に，有限Larmor半径効果を含めたモデルへの拡張，接続解法の外部解として用いることができる理想MHDモデルの定常解を非正準Hamilton力学系の理論を応用して求める方法の研究も行った．

研究成果

• [雑誌論文] High-Accuracy Numerical Integration of Charged Particle Motion – with Application to Ponderomotive Force (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa, A. Matsuyama and Y. Ohkawa
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 11 号: 0 ページ: 1303003-1303003
  • DOI: 10.1585/pfr.11.1303003
  • NAID: 130005311641
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Adjustment of vorticity fields with specified values of Casimir invariants as initial condition for simulated annealing of an incompressible, ideal neutral fluid and its MHD in two dimensions (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Chikasue and M. Furukawa
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 774 ページ: 443-459
  • DOI: 10.1017/jfm.2015.263
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simulated annealing applied to two-dimensional low-beta reduced magnetohydrodynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Chikasue and M. Furukawa
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 22 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4913234
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Peeling-off of the external kink modes at tokamak plasma edge (2014)
  • 著者名/発表者名: L. J. Zheng and M. Furukawa
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.4894105
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of pressure anisotropy on magnetospheric magnetohydrodynamics equilibrium of an internal ring current system (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 号: 1
  • DOI: 10.1063/1.4862037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear variational method for predicting fast collisionless magnetic reconnection (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hirota, P. J. Morrison, Y. Ishii, M. Yagi and N. Aiba
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 53 号: 7 ページ: 63024-63024
  • DOI: 10.1088/0029-5515/51/7/073012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inclusion of diamagnetic drift effect in the matching method using finite-width inner region for stability analysis of magnetohydrodynamic modes (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa and S. Tokuda
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 19 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.4764077
  • 査読あり
• [雑誌論文] 不整磁場・摂動磁場の閉じ込めへの影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古川 勝
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 88 ページ: 158-161
  • NAID: 110009426273
• [雑誌論文] A new matching method for linear stability analysis of MHD modes close to the ideal MHD marginal stability (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa and S. Tokuda
  • 雑誌名: Phys. Plasmas 巻: 18 号: 6
  • DOI: 10.1063/1.3592666
  • 査読あり
• [学会発表] 抵抗性MHDの初期値問題に対する有限幅内部領域を用いた 数値接続解法: 弱く非線形な場合への拡張 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] High-accuracy numerical integrator for general dynamical systems using vector-field decomposition and reccurence formula (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: The 21st NEXT workshop
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 2016-03-10
• [学会発表] Numerical integration of chaotic magnetic field line trajectory (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohkawa and M. Furukawa
  • 学会等名: The 21st NEXT workshop
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 2016-03-10
• [学会発表] Simulated annealing for calculating steady state of ideal MHD (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: US-J MHD WS on “Fundamental understanding of 3-D magnetic field effect for further optimization of operation scenarios for fusion devices"
  • 発表場所: 核融合科学研究所
  • 年月日: 2016-03-07
  • 国際学会
• [学会発表] 軸対称トロイダルプラズマの有限幅内部層を用いた 抵抗性MHD安定性解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: MHD研究会(NIFS共同研究研究会「電磁モデルによるプラズマ中の不安定性・乱流に関する理論・シミュレーション」)
  • 発表場所: 核融合科学研究所
  • 年月日: 2015-12-16
• [学会発表] 核融合プラズマの磁気流体力学研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: 2015 年度 第 2 回 日本流体力学会 中四国・九州支部講演会
  • 発表場所: 鳥取大学 湖山キャンパス
  • 年月日: 2015-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] トロイダル磁場配位における抵抗性MHD 安定性解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス 豊田講堂
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] 2次元低ベータ簡約化MHDのアニーリングシミュレーションにおけるCasimir不変量の調整 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古川勝，近末吉人
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Simulated annealing for stationary states of low-beta reduced MHD in two dimensions (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: US-Japan JIFT Workshop on "Recent studies of extended MHD and MHD simulations"
  • 発表場所: The Golden Hotel, Golden, CO, USA
  • 年月日: 2015-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] 負三角度トカマクにおける輸送改善機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 菊池満，S. Medvedev，滝塚知典，古川勝，長崎百伸
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Accuracy analysis of numerical integration of charged particle motion based on recurrence formula with symmetric operator decomposition (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: The 20th NEXT workshop
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 2015-01-13 – 2015-01-14
• [学会発表] 2次元低ベータ簡約化MHDのアニーリングシミュレーションにおける対称カー ネルの効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 近末吉人，古川勝
  • 学会等名: MHD研究会（平成26年度NIFS共同研究 研究会「MHDと流体力学における共鳴・分岐・構造形成の理論・シミュレーション研究」 ）
  • 発表場所: 核融合科学研究所
  • 年月日: 2014-12-25 – 2014-12-26
• [学会発表] High-accuracy numerical integration of charged particle dynamics based on recurrence formula with symmetric decomposition (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: Plasma Conference 2014（日本物理学会（領域2）2014年秋季大会，応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会 第32回プラズマプロセシング研究会，プラズマ・核融合学会第31回年会）
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] Peeling-off modes at tokamak plasma edge (2014)
  • 著者名/発表者名: Linjin Zheng, M. Furukawa
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of Division of Plasma Physics, American Physical Society
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-31
• [学会発表] Pressure Driven MHD Instabilities in Intrinsic and Externally Enhanced Magnetic Stochastic Region of LHD (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ohdachi, Y. Suzuki, H. Tsuchiya, K. Y. Watanabe, S. Sakakibara, Y. Narushima, X. D. Du, T. F. Ming, M. Furukawa, K. Toi, H. Yamada and LHD Experiment Group
  • 学会等名: 25th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Saint Petersburg, Russia
  • 年月日: 2014-10-13 – 2014-10-18
• [学会発表] Experimental observation of response to resonant magnetic perturbation and its hysteresis in LHD (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Narushima, S. Sakakibara, S. Ohdachi, Y. Suzuki, K.Y. Watanabe, S. Nishimura, M. Furukawa, Y. Takemura, K. Ida, M. Yoshinuma, I. Yamada, LHD experiment Group
  • 学会等名: 25th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Saint Petersburg, Russia
  • 年月日: 2014-10-13 – 2014-10-18
• [学会発表] Numerical computation of stationary state of 2D reduced MHD on Casimir leaf (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: Physics / BK21+ Seminar
  • 発表場所: POSTECH, Pohang, Korea
  • 年月日: 2014-08-12
• [学会発表] Simulated Annealing for stationary states of 2D low-beta reduced MHD (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Chikasue and M. Furukawa
  • 学会等名: 11th Asia Pacific Plasma Theory Conference and Japan-Korea Workshop on “Modeling and Simulation of Magnetic Fusion Plasmas”
  • 発表場所: Jeju Island, Korea
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-04
• [学会発表] Numerical computation of stationary state of 2D reducedMHD on Casimir leaf (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa and Y. Chikasue
  • 学会等名: International Conference on Geometrical Algorithms and Methods for Plasma Physics
  • 発表場所: Hefei, China
  • 年月日: 2014-05-13 – 2014-05-15
  • 招待講演
• [学会発表] 2次元低β簡約化MHDの定常状態のアニーリングシミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 近末吉人，古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
• [学会発表] シア流に関連するスペクトル汚染のモデル解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木悠大，古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
• [学会発表] 負三角度トカマク核融合プラズマの可能性(1: 配位の特長) (2014)
  • 著者名/発表者名: 菊池満，滝塚知典，古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
• [学会発表] 外部印加摂動磁場に対する磁気島の履歴応答 (2013)
  • 著者名/発表者名: 成嶋吉朗，榊原悟，大舘暁，渡邊清政，西村征也，鈴木康浩，古川勝，武村勇輝，居田克巳，吉沼幹朗，山田一博，LHD実験グループ
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会 第30回年会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Anisotropic pressure effects on magnetospheric MHD equilibrium (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: 55th Annual Meeting of Division of Plasma Physics, American Physical Society
  • 発表場所: Sheraton Denver Downtown Hotel, Denver, Colorado, USA
• [学会発表] 2次元中性流体の定常状態のアニーリングシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 近末吉人，古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンパス
• [学会発表] 2次元中性流体の定常状態のアニーリングシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 近末吉人，古川勝
  • 学会等名: 日本流体力学会 年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学 小金井キャンパス
• [学会発表] Properties of MHD equilibrium with pressure anisotropy in axisymmetric magnetospheric configuration (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: Makuhari Messe, Chiba, Japan
• [学会発表] Negative D shape plasma as possible operational scenario of tokamak (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kikuchi, T. Takizuka, M. Furukawa
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: Makuhari Messe, Chiba, Japan
• [学会発表] トカマクプラズマのシア回転による モード間結合とバルーニングモード安定化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: MHD研究会（平成25年度NIFS共同研究 研究会「MHDおよび流体力学における流れの安定性に関する理論・シミュレーション研究」 ）
  • 発表場所: 核融合科学研究所
• [学会発表] シア流にまつわるスペクトル汚染のモデル解析と解法に関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木悠大，古川勝
  • 学会等名: MHD研究会（平成25年度NIFS共同研究 研究会「MHDおよび流体力学における流れの安定性に関する理論・シミュレーション研究」 ）
  • 発表場所: 核融合科学研究所
• [学会発表] 2次元低ベータ簡約化MHDのカシミール不変量の束縛とアニーリングシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 近末吉人，古川勝
  • 学会等名: MHD研究会（平成25年度NIFS共同研究 研究会「MHDおよび流体力学における流れの安定性に関する理論・シミュレーション研究」 ）
  • 発表場所: 核融合科学研究所
• [学会発表] Properties of magnetospheric MHD equilibrium with anisotropic pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: US-Japan JIFT Workshop on “Recent studies of extended MHD and MHD simulations”
  • 発表場所: Sheraton Denver Downtown Hotel, Denver, Colorado, USA
• [学会発表] 3次元MHD平衡の新しい計算法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: 核融合エネルギーフォーラム プラズマ物理クラスター MHD安定性・高エネルギー粒子サブクラスター会合
  • 発表場所: 核融合科学研究所
• [学会発表] Beta limit of MHD equilibrium with pressure anisotropy in magnetospheric configuration (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: The 19th NEXT workshop
  • 発表場所: 京都大学 桂キャンパス
• [学会発表] 磁気圏型プラズマのMHD平衡における圧力非等方性による磁場変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会 第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
• [学会発表] 背景磁場に垂直に伝播する電磁波に対する高温電子の温度非等方性効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤義哉，古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会 第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
• [学会発表] 磁化プラズマにおける特異摂動問題の新しい数値解法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: クロスボーダーセミナー
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] 有限Larmor半径効果を含めたMHDモード安定性の接続解法の収束特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス
• [学会発表] 磁場に垂直に伝播する電磁波への 高エネルギー電子の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤義哉，古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス
• [学会発表] 境界層問題の接続解法の収束特性に関する考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: MHD研究会
  • 発表場所: 核融合科学研究所
• [学会発表] A new matching method for stability analysis of boundary-layer-type MHD modes in magnetized plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: Nonlinearity Workshop
  • 発表場所: Tottori Univeristy
  • 招待講演
• [学会発表] 有限Larmor半径効果を含む簡約化MHDモデルに対する新しい接続解法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学 西宮上ケ原キャンパス
• [学会発表] 磁気圏型プラズマの短波長MHD安定性に対するプラズマ回転効果の分析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: 日本天文学会 2012年春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学深草キャンパス
• [学会発表] A new matching method for resistive MHD stability analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa, S. Tokuda
  • 学会等名: Joint 18th International Stellarator/Heliotron Workshop and 10th Asia Pacific Plasma Theory Conference
  • 発表場所: Australian Natioal University, Canberra and Murramarang Beachfront Nature Reserve, Australia
• [学会発表] A new solution method for singular perturbation problems in magnetized plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Furukawa
  • 学会等名: Joint Res. WS IMI, Kyushu Univ. & MEXT Collaborative WS Math. and Math. Sci. with Various Sci. and Industrial Technologies 2011(招待講演)
  • 発表場所: Ito Campus, Kyushu University, Japan
• [学会発表] 抵抗性MHD安定性解析の未解決問題に対する新しい近似解法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古川勝，徳田伸二
  • 学会等名: Plasma Conference 2011（プラズマ・核融合学会第28回年会/応用物理学会第29回プラズマプロセシング研究会/日本物理学会(領域2)2011年秋季大会）(招待講演)
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] 磁気圏型プラズマ閉じ込めのバルーニング安定性に対する流れの効果の分析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古川勝
  • 学会等名: Plasma Conference 2011（プラズマ・核融合学会第28回年会/応用物理学会第29回プラズマプロセシング研究会/日本物理学会(領域2)2011年秋季大会）
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] 磁気圏型プラズマ平衡における反磁性電流に対する非等方圧力効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 飯塚将太，古川勝
  • 学会等名: Plasma Conference 2011（プラズマ・核融合学会第28回年会/応用物理学会第29回プラズマプロセシング研究会/日本物理学会(領域2)2011年秋季大会）
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] 磁化プラズマにおける境界層問題に対する新しい接続解法の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古川勝，徳田伸二
  • 学会等名: 日本応用数理学会2011年度年会
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス
• [備考] なし