ジャイロ運動論的シミュレーションに基づく３次元プラズマ乱流輸送の定量的予測

• 研究課題/領域番号: 26820398
• 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: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 沼波 政倫 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40397203)
• 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: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: プラズマ・核融合 / ジャイロ運動論的シミュレーション / 乱流輸送 / 大型ヘリカル装置

研究成果の概要

大型ヘリカル装置（以下、LHD）に代表される３次元磁場閉じ込め装置や、磁場の３次元構造を考慮したトカマク装置におけるプラズマの異常輸送現象を定量的に理解し、輸送予測に繋げることを目指し、ジャイロ運動論に基づく大規模シミュレーション研究を実施した。
複数粒子種間衝突オペレーターなど多粒子種から構成される現実的なプラズマに対してジャイロ運動論的シミュレーションを実施し、構成粒子種によるプラズマ不安定性の差異が実験結果と無矛盾であることを確認した他、多数のイオン温度勾配パラメータを用いた乱流シミュレーションにより、プラズマ温度勾配分布の定量的な予測も実現した。

研究成果

• [国際共同研究] Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik(ドイツ)
• [国際共同研究] CIEMAT(スペイン)
• [国際共同研究] ORNL/PPPL(米国)
• [国際共同研究] Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik(ドイツ)
• [国際共同研究] CIEMAT(スペイン)
• [雑誌論文] Microinstabilities in hydrogen- and helium-dominated multi-ion-species plasmas in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: M Nunami, M Nakata, H Sugama, K Tanaka and S Toda
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control Fusion 巻: 59 号: 4 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1088/1361-6587/aa5aa6
  • NAID: 120007119913
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotope Effects on Trapped-Electron-Mode Driven Turbulence and Zonal Flows in Helical and Tokamak Plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nakata, M. Nunami, H. Sugama, and T.-H. Watanabe
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 号: 16 ページ: 165002-165002
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.165002
  • NAID: 120007186427
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact of hydrogen isotope species on microinstabilities in helical plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nakata, M. Nunami, H. Sugama, and T.-H. Watanabe
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 58 号: 7 ページ: 074008-074008
  • DOI: 10.1088/0741-3335/58/7/074008
  • NAID: 120007186438
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conservation laws for collisional and turbulent transport processes in toroidal plasmas with large mean flows (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama, M. Nunami, M. Nakata, and T.-H. Watanabe
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 24 号: 2 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1063/1.4975075
  • NAID: 120007124608
  • 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] 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] Effects of collisions on conservation laws in gyrokinetic field theory (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Sugama, T.-H. Watanabe, and M. Nunami
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 22 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.4928378
  • NAID: 120007124607
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improved collision operator for plasma kinetic simulations with multi-species ions and electrons (2015)
  • 著者名/発表者名: Motoki Nakata, Masanori Nunami, Tomo-Hiko Watanabe, and Hideo Sugama
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 巻: 197 ページ: 61-72
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2015.08.007
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of Linearized Collision Operator for Multiple Ion Species in Gyrokinetic Flux-Tube Simulations (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanori NUNAMI, Motoki NAKATA, Tomo-Hiko WATANABE and Hideo SUGAMA
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 10 号: 0 ページ: 1403058-1403058
  • DOI: 10.1585/pfr.10.1403058
  • NAID: 130005286907
  • 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] Turbulent transport of heat and particles in a high ion temperature discharge of the Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizawa, T.-H. Watanabe, H. Sugama, M. Nunami, K. Tanaka, S. Maeyama and N. Nakajima
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 号: 4 ページ: 043024-043024
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/4/043024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flux tube train model for local turbulence simulation of toroidal plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: T.-H. Watanabe, H. Sugama, A. Ishizawa and M. Nunami
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 2 号: 2 ページ: 022507-022507
  • DOI: 10.1063/1.4907793
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Verification of gyrokinetic microstability codes with an LHD configuration (2014)
  • 著者名/発表者名: D. R. Mikkelsen, M. Nunami, T.-H. Watanabe, H. Sugama and K. Tanaka
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.4902124
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Local Gyrokinetic Vlasov Simulations with Realistic Tokamak MHD Equilibria (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Nakata, A. Matsuyama, N. Aiba, S. Maeyama, M. Nunami and T.-H. Watanabe
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 9 号: 0 ページ: 1403029-1403029
  • DOI: 10.1585/pfr.9.1403029
  • NAID: 130005088368
  • 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] Exploring phase space turbulence in magnetic fusion plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: T.-H. Watanabe, Y. Idomura, S. Maeyama, M. Nakata, H. Sugama, M. Nunami, and A. Ishizawa
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 510 ページ: 012045-012045
  • DOI: 10.1088/1742-6596/510/1/012045
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 不純物イオンを含むヘリカル・プラズマの運動論的輸送シミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫, 仲田資季, 佐藤雅彦, 洲鎌英雄, 横山雅之
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Validation of turbulence simulation and evaluation of temperature gradient (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami
  • 学会等名: 17th Transport and Confinement Topical Group Meeting
  • 発表場所: 那珂, 日本
  • 年月日: 2016-10-24
  • 国際学会
• [学会発表] Anomalous and Neoclassical Transport of Hydrogen Isotope and Impurity Ions in LHD Plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami, M. Nakata, H. Sugama, M. Sato, J.L. Velasco, S. Satake, M. Yokoyama
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: 京都, 日本
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Gyrokinetic ITG turbulence simulation of multi-species ion plasma in helical systems (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami
  • 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] ヘリカル系における多イオン種プラズマの乱流輸送シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫, 仲田資季, 洲鎌英雄
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Simulation studies on turbulent transport of multi-ion-species plasmas in helical systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 学会等名: JOINT VARENNA - LAUSANNE INTERNATIONAL WORKSHOP "THEORY OF FUSION PLASMAS"
  • 発表場所: Varenna, Italy
  • 年月日: 2016-08-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] XGC skeleton code benchmarking on FX100 (2016)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 学会等名: US‐Japan JIFT Exascale Computing Workshop
  • 発表場所: Oak Ridge, US
  • 年月日: 2016-08-17
  • 国際学会
• [学会発表] ３次元プラズマ乱流輸送の大規模シミュレーション研究の進展 (2016)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫
  • 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
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Progress of Gyrokinetic Turbulence Simulation in Helical Plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 学会等名: 25th International Toki Conference
  • 発表場所: Toki, Japan
  • 年月日: 2015-11-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Profile sensitivity of turbulent transport in LHD plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Nunami, M. Nakata, A. Ishizawa, S. Toda, H. Sugama, and T.-H. Watanabe
  • 学会等名: 20th International Stellarator /Heliotron Workshop
  • 発表場所: Greifswald, Germany
  • 年月日: 2015-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] Optimization of a particle code (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 学会等名: US-Japan JIFT Workshop on Innovations and co-designs of fusion simulations towards extreme scale computing
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] Gyrokinetic simulation study on turbulent transport in helical plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 学会等名: The Ninth International West Lake Symposium - Plasma Simulation
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2015-05-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ジャイロ運動論的シミュレーションに基づくヘリカルプラズマのITG乱流輸送と温度勾配依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫
  • 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
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Development of linearized collision operator for multiple ion species in gyrokinetic simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: Niigata, Japan
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] ３次元構造を持つ磁場閉じ込めプラズマの大規模乱流輸送シミュレーションと実験観測に基づく検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 沼波政倫
  • 学会等名: 第１回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題成果報告会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-10-31
• [学会発表] Reduced Model for Gyrokinetic Turbulent Transport in Helical Plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 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 Simulation Reactor Research Project in NIFS (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 学会等名: Japan/United States Exascale Application Workshop
  • 発表場所: Gatlinburg, USA
  • 年月日: 2014-09-05 – 2014-09-06
• [学会発表] A reduced model for turbulent transport in helical plasmas and its application (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nunami
  • 学会等名: Gyrokinetic theory working group meeting
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-11
• [備考] 第10回日本物理学会若手奨励賞の受賞
  • URL: http://www-nsrp.nifs.ac.jp/news/news-160428.html