| 研究課題/領域番号 |
15560721
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
核融合学
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| 研究機関 | 京都大学 (2004-2005)
特殊法人日本原子力研究所 (2003) |
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研究代表者 |
岸本 泰明 京都大学, 大学院・エネルギー科学研究科, 教授 (10344441)
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| 研究分担者 |
宮戸 直亮 日本原子力研究開発機構, 那珂核融合研究所・核融合研究開発部門, 研究員 (80370477)
松本 太郎 日本原子力研究開発機構, 那珂核融合研究所・核融合研究開発部門, 研究員 (50354676)
井戸村 泰宏 日本原子力研究開発機構, 那珂核融合研究所・核融合研究開発部門, 研究員 (00354580)
矢木 雅敏 九州大学, 応用科学研究所, 教授 (70274537)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| キーワード | 多階層・複合系プラズマ / 乱流間相互作用 / ジャイロ流体シミュレーシ / 電子温度勾配モード / イオン温度勾配モード / 層流・帯状流 / フラクタル次元 / 確率密度分布関数 |
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| 研究概要 |
本研究では、内部輸送障壁など、昨今のトカマクを中心とした核融合プラズマで創出される様々な顕著な構造形成現象は「時空間スケールの異なった様々な階層の揺らぎが互いに相互作用することに引き起こされている」との着想に基づいて、乱流輸送過程における階層間の相互作用の基本原理を理論・シミュレーション手法により明らかにすることを目的とし、以下の成果を得た。
1)ジャイロ流体モデルに基づくミクロスケールの電子温度勾配乱流とその乱流の非線形相互作用によって生成される層流(帯状流)のダイナミックスとスペクトル構造を明らかにした。特に、磁場構造(磁気シア)の制御によって電子温度勾配乱流における乱流成分と層流成分の配分を制御できることを見出すとともに、反転磁気シア放電等で実現する弱磁気シアプラズマ配位では急峻な温度勾配領域において揺らぎのエネルギーの多くが層流成分に転化され、温度勾配とともに輸送係数が増大する異常輸送特性が消失することを明らかにした。
2)上記1)の過程で生成されたミクロスケールの層流成分は、よりマクロな時空間構造を有するイオン温度勾配乱流等のイオン系乱流に作用し、間欠的な輸送現象や抑制効果をもたらすことを新たに見出すとともに、波数・周波数空間の幅広いダイナミックレンジを統一的に扱う重要性を示した。
3)乱流から二次的に生成される巨視的な対流渦(convective cell)と磁場構造の関係を明らかにするため、変調不安定性解析の理論研究を進め、乱流から二次的に生成される対流渦は乱流の空間構造の影響を強く受け、乱流が径方向に広がったストリーマ様の場合は、対流渦は"帯状流"に、また乱流がポロイダル方向に伸びた帯状流様の場合は、対流渦は"ストリーマ"が生成されることを見出し、乱流制御の基礎を発展させた。
4)乱流成分と層流成分が混在した揺らぎの構造を特徴付けるため、フラクタル次元や確率密度分布関数(PDF)等の統計量に準拠した研究を進展させた。層流成分の増大とともに揺らぎの次元数が大幅に低下し少数自由度系としての特性を示すとともに、よりコヒーレントな過程により輸送が支配されていること等を明らかにした。
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