Integrated multi-time-scale simulation of energetic ion dynamics in tokamak plasmas

• 研究課題/領域番号: 25820443
• 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: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: Bierwage Andreas (BIERWAGE Andreas) 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門 六ヶ所核融合研究所, 研究副主幹 (10584691)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: 核融合学 / トカマク / 高エネルギーイオン / アルフベン波 / 波・粒子共鳴 / マルチ時間スケール動力学 / 非線形シミュレーション / 核融合 / Nuclear fusion / Tokamak / Energetic ions / Alfven waves / Wave-particle resonances / Multi-timescale dynamics / Nonlinear simulations

研究成果の概要

ビーム駆動されたJT-60トカマクプラズマに対するマルチ時間スケール統合シミュレーションおよび自己無撞着シミュレーションを高性能スーパコンピュータHeliosにより遂行した。シミュレーションにより初めて実験で観測されている突発的大事象(ALE)と呼ばれる緩和現象を再現することができた。この現象が発生すると核融合出力とプラズマ閉じ込めに影響を与えると考えられる。シミュレーション解析によりALEの発生間隔とその発生を決める重要な物理機構を明らかにした。数値シミュレーション結果は実験データによりその妥当性を検証した。これによりコードの予測精度の向上と信頼性が確立された。

研究成果

• [雑誌論文] Orbit-based analysis of nonlinear energetic ion dynamics in tokamaks: I. Effective mode number profile and resonant frequency tracking (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage and K. Shinohara
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Orbit-based analysis of nonlinear energetic ion dynamics in tokamaks: II. Mechanisms for rapid chirping and convective amplification (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage and K. Shinohara
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Alfven acoustic channel for ion energy in high-beta tokamak plasmas revisited with a linear gyrokinetic model (LIGKA) (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, Ph. Lauber, N. Aiba, K. Shinohara and M. Yagi
  • 雑誌名: Proceedings of the 14th IAEA Technical Meeting on Energetic Particles in Magnetic Confinement Systems 巻: 1
  • オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Alfven acoustic channel for ion energy in high-beta tokamak plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, N. Aiba and K. Shinohara
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevlett.114.015002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multi-Time-Scale Energetic Particle Dynamics in JT-60U Simulated with MHD Activity, Sources and Collisions (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, K. Shinohara, Y. Todo and M. Yagi
  • 雑誌名: Proceedings of the 25th IAEA Fusion Energy Conference, 2014, St. Petersburg, Russia, International Atomic Energy Agency, Vienna 巻: 1
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multi-Time-Scale Energetic Particle Dynamics in JT-60U Simulated with MHD Activity, Sources and Collisions (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, K. Shinohara, Y. Todo and M. Yagi
  • 雑誌名: Proceedings of Plasma Conference 2014, 31st Annual Meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research, 2014, Niigata, Japan 巻: 1
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Orbit-based analysis of resonant excitations of Alfven waves in tokamaks (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage and K. Shinohara
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.4902519
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamics of low-n shear Alfven modes driven by energetic N-NB ions in JT-60U (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, Y. Todo, N. Aiba and K. Shinohara
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 51 号: 10 ページ: 104001-104001
  • DOI: 10.1088/0029-5515/54/10/104001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamics of low-n shear Alfven modes driven by e energetic N-NB ions in JT-60U (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage , Y. Todo , N. Aiba and K. Shinohara
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of convective amplification of n = 1 energetic particle modes for N-NB ion dynamics in JT-60U (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, K. Shinohara, N. Aiba and Y. Todo
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 53巻 号: 7 ページ: 073007-073007
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/7/073007
  • 査読あり
• [学会発表] Linear gyro kinetic analysis of MHD wave spectra and Alfven-acoustic couplings in high-beta tokamak plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage and Ph. Lauber
  • 学会等名: MHD研究会
  • 発表場所: 自然科学研究機構 核融合科学研究所（岐阜県土岐市）
  • 年月日: 2015-12-16
• [学会発表] Orbit-based resonance analysis of nonlinear wave-particle interactions and a new mechanism for rapid chirping (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage and K. Shinohara
  • 学会等名: 15th ITPA E.P. Topical Group Meeting
  • 発表場所: ウイーン（オーストリア）
  • 年月日: 2015-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Long-time simulation of N-NB-driven JT-60U plasmas: Validation and explanation for chirping modes (n=1 EPM) and ALE (multi-n) (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, Y. Todo, N. Aiba, G. Matsunaga, K. Shinohara and M. Yagi
  • 学会等名: 15th ITPA E.P. Topical Group Meeting
  • 発表場所: ウイーン（オーストリア）
  • 年月日: 2015-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Alfven acoustic channel for ion energy in high-beta tokamak plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, Ph. Lauber, N. Aiba, K. Shinohara and M. Yagi
  • 学会等名: 14th IAEA Technical Meeting on Energetic Particles in Magnetic Confinement Systems
  • 発表場所: ウイーン（オーストリア）
  • 年月日: 2015-09-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Alfven acoustic channel for ion energy in high-beta tokamak plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, N. Aiba and K. Shinohara
  • 学会等名: 4th JT-60SA Research Committee Meeting
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構 那珂核融合研究所（茨城県那珂市）
  • 年月日: 2015-05-18
  • 国際学会
• [学会発表] Beta-induced Alfven continuum modes in high-beta tokmak plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage
  • 学会等名: MHD Workshop
  • 発表場所: Toki, Gifu, Japan
  • 年月日: 2014-12-25 – 2014-12-26
• [学会発表] Multi-Time-Scale Energetic Particle Dynamics in JT-60U Simulated with MHD Activity, Sources and Collisions (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage
  • 学会等名: Plasma Conference 2014, 31st Annual Meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research
  • 発表場所: Niigata, Japan
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] Detailed Analysis of Resonant Interactions Between N-NB Ions and Alfven JT-60U (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, K. Shinohara and Y. Todo
  • 学会等名: 13th ITPA E.P. Topical Group Meeting
  • 発表場所: Padova, Italy
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-24
• [学会発表] Multi-Time-Scale Energetic Particle Dynamics in JT-60U Simulated with MHD Activity, Sources and Collisions (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, K. Shinohara, Y. Todo and M. Yagi
  • 学会等名: 25th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
  • 年月日: 2014-10-13 – 2014-10-18
• [学会発表] Simulation of Energetic-Ion-Driven Modes in JT-60U Tokamak (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage, K. Shinohara, Y. Todo and M. Yagi
  • 学会等名: Plasma Simulator Symposium
  • 発表場所: Toki, Gifu, Japan
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] Latest results from global nonlinear hybrid simulations of ALE in JT-60U (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage
  • 学会等名: 10th Meeting of ITPA Energetic Particle Topical Group
  • 発表場所: Culham, United Kingdom
• [学会発表] Properties of Energetic Particle Modes in N-NB Driven JT-60U Plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage , Y. Todo, N. Aiba , G. Matsunaga , K. Shinohara , M. Yagi
  • 学会等名: 13th IAEA Technical Meeting on Energetic Particles
  • 発表場所: Beijing, China
  • 招待講演
• [学会発表] Merging OFMC and MEGA: Recent progress with hybrid simulations including sources, collisions and sinks (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage
  • 学会等名: 11th Meeting of ITPA Energetic Particle Topical Group
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] Hybrid simulation of fast ion dynamics in the presence of off-axis fishbone-like modes in high-beta JT-60U plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Bierwage
  • 学会等名: 13th APS-DPP Meeting
  • 発表場所: Denver, Colorado, USA
• [備考] Plasma Theory and Simulation, NEXT
  • URL: http://www-jt60.naka.qst.go.jp/theory/index.html
• [備考] Andreas Bierwage, Fusion Science
  • URL: http://fusionofminds.org/FusionScience/index.html
• [備考] JT-60 Home Page
  • URL: http://www-jt60.naka.jaea.go.jp/english/theory/staff/bierwage.html
• [備考] Andreas Bierwage, Fusion Science
  • URL: http://fusionofminds.org/FusionScience/research/index.html