運動論的MHDモデルによる核燃焼プラズマのMHD特性の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15560716
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 内藤 裕志 山口大学, 工学部, 助教授 (10126881)
• 研究分担者: 徳田 伸二 日本原子力研究所, 那珂研究所, 主任研究員 (60354578) ; 矢木 雅敏 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (70274537) ; 福政 修 山口大学, 工学部, 教授 (20026321)
• キーワード: 核融合 / 拡張MHDモデル / 運動論的モデル / 内部キンクモード / 渦 / ケルビン・ヘルムホルツ不安定 / 国際情報交換

研究概要

国際熱核融合炉実験炉(ITER)の炉心プラズマでおこる、MHD的不安定モードの成長から微細構造形成へ至る過程を超並列スーパーコンピュータ上で模擬し、その物理的機構を明らかにし、これによってITERにおけるMHD現象を予言できる理論的知見を構築することを目的として、以下の研究結果を得た。
1.トカマク炉心プラズマを円柱モデルで近似したGRM3Dコードにより、散逸のない運動論的MHD不安定性にともなう2次的不安定性によって、渦が形成され、渦の形成・伝搬・合体をともなう複雑な物理現象が現れることが分かった。
2.以上の現象は、トカマク炉心プラズマで実験的に観測されているが、理論的には説明できていない物理を解明する重要な鍵になる可能性がある。
3.GRM3Dコードの基礎方程式であるジヤイロ簡約MHD方程式を、トロイダルの抵抗性MHDコードであるFARコードに組み込んだ運動論的FARコード(KFAR)を、海外共同研究者であるカリフォルニア大学ロサンゼルス校のJ.-N.Leboeuf博士と共同で作成した。
4.円柱モデルの極限で、GRM3DとKFARの線形計算の結果は非常によく一致することを確証した。
5.KFARでトロイダル形状での運動論的内部キンクモードの線形解析を行い、線形とは異なるパラメータ依存性を示すことを解明した。
6.円柱およびトロイダル形状での非線形計算は平成16年度から実施予定である。
7.研究成果を2004年11月に開催されるIAEA核融合土ネルギー会議に投稿中である。
8.研究室規模でのコード開発の効率化を目指して、PCクラスタを数種類作成し、その性能を比較した。その結果の一部はプラズマ・物理学会誌の小特集「PCクラスタをつくってみませんか?」の一部として掲載された。

研究成果

• [文献書誌] 内藤裕志, 矢木雅敏: "PCクラスタを作ってみませんか?1.はじめに"プラズマ・核融合学会誌. 79・8. 750-751 (2003)
• [文献書誌] 福山淳, 矢木雅敏, 内藤裕志: "PCクラスタを作ってみませんか?6.PCクラスタの実例"プラズマ・核融合学会誌. 79・8. 780-787 (2003)
• [文献書誌] A.Furuya, M.Yagi, S.-I.Itoh: "Linear Analysis of Neoclassical Tearing Mode based on the four-field reduced neoclassical MHD equations"Journal of the Physical Society of Japan. 72・2. 313-319 (2003)
• [文献書誌] 矢木雅敏: "輸送・MHDモデルに基づく階層間相互作用のシミュレーション"プラズマ・核融合学会誌. 79・5. 470-477 (2003)
• [文献書誌] M.Furukawa, S.Tokuda, M.Wakatani: "Geometrical improvements of rotational stabilization of high-n ballooning modes in tokamaks"Nucl.Fusion. 43・6. 425-429 (2003)
• [文献書誌] M.Furukawa, S.Tokuda, M.Wakatani: "Stability of ideal MHD ballooning modes and its stabilization by toroidal rotation shear near separatrix"Plasma Phys.Control.Fusion. 46・2. 409-421 (2003)