マルチスケールプラズマ乱流におけるミクロメゾスケール渦の形成・消失過程の解明

• 研究課題/領域番号: 26800283
• 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, 助教 (70634252)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: プラズマ乱流 / 磁化プラズマ / マルチスケール物理 / 非線形相互作用 / プラズマ・核融合

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不安定性が存在し、それにより生じた揺動は乱流を作り出す。本研究では、質量の重いイオンの運動に起因する長波長の乱流と、質量の軽い電子の運動に起因する極短波長の乱流が共存する際に、両者の間で相互作用が存在することを明らかにした。これら大きくスケールの異なる乱流（マルチスケールプラズマ乱流）を数値シミュレーションに基づき詳しく解析し、乱流混合や電子の運動論的応答により、イオンと電子の中間的なスケールの構造（サブイオンスケール構造）が形成され、それを介して両スケールの乱流が相互作用するという物理機構を解明した。

研究成果

• [国際共同研究] Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik(Germany)
• [雑誌論文] Cross-scale interactions between electron and ion temperature gradient driven turbulence via sub-ion-scale structures (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, T.-H. Watanabe, Y. Idomura, M. Nakata, A. Ishizawa, and M. Nunami
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Benchmark of Electromagnetic Gyrokinetic Codes in High Performance Fusion Plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, T.-H. Watanabe, H. Doerk, M. Nakata, and A. Ishizawa
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 11 号: 0 ページ: 2403011-2403011
  • DOI: 10.1585/pfr.11.2403011
  • NAID: 130005395311
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cross-Scale Interactions between Electron and Ion Scale Turbulence in a Tokamak Plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, Y. Idomura, T.-H. Watanabe, M. Nakata, M. Yagi, N. Miyato, A. Ishizawa, and M. Nunami
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 号: 25 ページ: 255002-255002
  • DOI: 10.1103/physrevlett.114.255002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improved strong scaling of a spectral/finite difference gyrokinetic code for multi-scale plasma turbulence (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, T.-H. Watanabe, Y. Idomura, M. Nakata, M. Nunami, and A. Ishizawa
  • 雑誌名: Parallel Computing 巻: 49 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1016/j.parco.2015.06.001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] スーパーコンピュータ「京」で切り拓くプラズマ乱流研究の新展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 91 ページ: 589-596
  • NAID: 110010016663
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ハイパフォーマンスコンピューティングの進展によるプラズマ乱流研究のブレークスルー (2014)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 雑誌名: RIST NEWS 巻: 57 ページ: 15-23
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] マイクロティアリングモードに対する電子温度勾配モードの影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也，渡邉智彦，石澤明宏
  • 学会等名: 第72回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 有限ベータプラズマにおける微視的不安定性、電磁的乱流、マルチスケール相互作用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 第6回IFERC-CSC研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2017-01-10
• [学会発表] Multi-scale interactions between electron and ion-scale gyrokinetic turbulence in magnetically confined plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama
  • 学会等名: Mini-workshop on plasma turbulence in heliospheric, astrophysical, and experimental plasmas
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] イオンスケールの微視的不安定性に対する電子温度勾配モードの影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 平成28年度閉じ込め輸送研究会
  • 発表場所: 核融合研
  • 年月日: 2016-12-14
• [学会発表] Effects of electron-scale turbulence on ion-scale micro instabilities (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, T.-H. Watanabe, and A. Ishizawa
  • 学会等名: 第33回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2016-11-29
• [学会発表] Gyrokinetic analysis of the effects of electron-scale turbulence on ion-scale micro-instabilities (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, T.-H. Watanabe, A. Ishizawa, M. Nakata, and M. Nunami
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Nonlinear triad transfer analysis of the multi-scale ITG/ETG turbulence (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama
  • 学会等名: Gyrokinetic Theory Working Group Meeting 2016
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Cross-scale interactions between electron and ion scale turbulence (2016)
  • 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2016
  • 発表場所: 核融合研
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] Cross-Scale Interactions between Electron and Ion Scale Turbulence (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama
  • 学会等名: 21st Joint EU-US Transport Task Force Meeting
  • 発表場所: Leysin, Switzerland
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi-Platform Development of Fusion Plasma Turbulence Code toward Post-Petascale Era (2016)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: JHPCN：学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点第8回シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-07-14
• [学会発表] ジャイロ運動論的マイクロティアリングモードにおける磁場ドリフトの影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也，渡邉智彦，仲田資季，石澤明宏
  • 学会等名: 第71回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 磁化プラズマにおけるプラズマ乱流のマルチスケール性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] 実磁場配位・多粒子種衝突を取り入れたジャイロ運動論的マイクロティアリングモードの線形・非線形ベンチマーク (2016)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 第5回IFERC-CSC研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-01-15
• [学会発表] ジャイロ運動論的マイクロティアリングモードの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 平成28年度MHD研究会
  • 発表場所: 核融合研
• [学会発表] 運動論モデルを用いた研究：（運動論的）バルーニングモードの安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 平成27年度MHD研究会
  • 発表場所: 核融合科学研究所
  • 年月日: 2015-12-16
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロティアリングモードに関するジャイロ運動論コードのベンチマーク (2015)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 平成27年度閉じ込め輸送研究会
  • 発表場所: 核融合科学研究所
  • 年月日: 2015-12-09
• [学会発表] ジャイロ運動論的マイクロティアリングモードに関するベンチマーク (2015)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也，渡邉智彦，仲田資季，石澤明宏
  • 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
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] Triad interactions in multi-scale ITG/TEM/ETG turbulence (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, T.-H. Watanabe, Y. Idomura, M. Nakata, A. Ishizawa, and M. Nunami,
  • 学会等名: 57th Annual Meeting of APS-DPP
  • 発表場所: Savannah, US
  • 年月日: 2015-11-18
  • 国際学会
• [学会発表] Benchmark of electromagnetic gyrokinetic codes in high performance fusion plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, T.-H. Watanabe, H. Doerk, M. Nakata, and A. Ishizawa
  • 学会等名: 25th International Toki Conference
  • 発表場所: Toki, Japan
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] ジャイロ運動論的マルチスケール乱流における三波結合相互作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也，渡邉智彦，井戸村泰宏，仲田資季，石澤明宏，沼波政倫
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Gyrokinetic Turbulence Simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama
  • 学会等名: US-Japan Joint Institute for Fusion Theory Workshop 2015
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-08-20
• [学会発表] 核融合プラズマにおける電子／イオンスケール乱流 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 博多ワークショップ ―数値解析と計算科学の協働を目指して―
  • 発表場所: 博多
  • 年月日: 2015-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] 「京」を用いたマルチスケール核融合プラズマ乱流シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 第26回CCSEワークショップ
  • 発表場所: 柏, 日本
  • 年月日: 2015-02-26
• [学会発表] 有限ベータ値プラズマにおける電子／イオン系乱流 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 第4回IFERC-CSC研究会
  • 発表場所: 東京, 日本
  • 年月日: 2015-02-19 – 2015-02-20
• [学会発表] Multi-scale simulations of electron- and ion-scale turbulence in magnetic fusion plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 新潟, 日本
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-scale interactions between electron- and ion-scale turbulence and their effects on turbulent transport (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, T.-H. Watanabe, Y. Idomura, M. Nakata, M. Yagi, N. Miyato, M. Nunami, and A. Ishizawa
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 新潟, 日本
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] Multi-Scale ITG/TEM/ETG Turbulence Simulations with Real Mass Ratio and Beta Value (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, Y. Idomura, M. Nakata, M. Yagi, and N. Miyato
  • 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
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-scale turbulence simulations based on electromagnetic gyrokinetics (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama
  • 学会等名: 2014 Smoky Mountains Computational Sciences and Engineering Conference and U.S./Japan Exascale Applications Workshop
  • 発表場所: Gatlinburg, U.S.
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-06
• [学会発表] ITG乱流とETG乱流のマルチスケール相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也，渡邉智彦，井戸村泰宏，仲田資季，矢木雅敏，宮戸直亮，沼波政倫，石澤明宏
  • 学会等名: 平成26年度閉じ込め輸送研究会
  • 発表場所: 土岐, 日本
  • 年月日: 2014-07-17 – 2014-07-18
• [学会発表] プラズマ乱流のマルチスケールシミュレーション研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也
  • 学会等名: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: つくば, 日本
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] 電子／イオン系マルチスケール乱流シミュレーションによる電子熱輸送解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 前山伸也，渡邉智彦，井戸村泰宏，仲田資季，矢木雅敏，宮戸直亮，沼波政倫，石澤明宏
  • 学会等名: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: つくば, 日本
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [備考] Shinya Maeyama's website
  • URL: http://www.p.phys.nagoya-u.ac.jp/~smaeyama/
• [備考] 名古屋大学教員データベースシステム
  • URL: http://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/view/html/100008165_ja.html