| 研究課題/領域番号 |
16K17844
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
今寺 賢志 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (90607839)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 核融合プラズマ / ジャイロ運動論 / 乱流輸送 / イオン温度勾配モード / 捕捉電子モード |
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| 研究実績の概要 |
本研究期間において得られた成果は以下の3点である。
(A)特異点近傍における粒子保存性を担保した数値計算スキームの開発：従来の極座標コードでは特異点近傍で生じる数値的な湧き出しによって、保存性が破綻する問題が生じていた。そこで本年度は、特異点を跨ぐように計算メッシュを割り当て、近傍における離散化手法を改善することで、厳密な粒子保存性を担保した数値計算スキームを開発し、丸め誤差の範囲でその保存性が成立することを実証した。
(B)ハイブリッド電子モデルの導入：従来の運動論的電子モデルの場合、数値的な高周波モードが現れることによって、時間方向の刻み幅が大きく制限される問題が生じていた。そこで本年度は、近年開発されたハイブリッド電子モデルを実装することで、捕捉電子の運動論効果や新古典輸送に対する効果を保持しつつ、上述の高周波モードの回避を試みた。その結果、十分に現実的な時間方向の刻み幅で電子ダイナミックスを取り入れた長時間シミュレーションを行うことに成功した。
(C)電子ダイナミックスを取り入れた熱源駆動型乱流の解析：(A)-（B）によって開発したコードを用いて、運動論的電子効果が乱流に与える影響を、従来の減衰ITG乱流（勾配駆動型ITG乱流）と、外部の熱ソースとシンクのパワーバランスが成立した条件下におけるITG乱流（熱源駆動型ITG乱流）でそれぞれ解析を行った。その結果勾配駆動型ITG乱流では、運動論的電子によって帯状流が高波数成分を持つことでその安定化効果が増大した一方で、熱源駆動型ITG乱流では、従来の断熱電子と同様に力学的平衡を介して形成された空間的に局在した電場構造が支配的となり、運動論的電子効果は限定的であった。一方で、TEM乱流ではそのような電場構造は支配的とはならず、さらに自発回転の方向がITG乱流の場合とは逆向きとなることに加え、粒子ピンチが生じることを見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
従来の計画で2018年度に設定した目標は、(1)自発的なITB形成の再現、(2)外部入力方法が与える影響の考察、であったことから、研究計画はやや遅れていると言える。 しかしながら、電子ダイナミックスを取り入れた熱源駆動型乱流輸送シミュレーションが行える状況に既に達しており、粒子輸送や運動量輸送が適切に評価できていることから、2019年度に本課題が終了するまでには、電子ダイナミックスを考慮した系におけるITB形成シミュレーションの実施、および粒子/運動量/熱ソースが与える影響の考察は十分に遂行できる状況にあると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述のように電子ダイナミックスを取り入れた熱源駆動型乱流輸送シミュレーションが行える状況に既に達しており、今後は量子科学技術研究開発機構の大型計算機であるJFRS-1や核融合科学研究所のPlasma Simulatorを有効利用することで大規模シミュレーションを実施する予定である。想定より計算時間がかかる場合等は、計算スキームや並列化手法を適宜改善することで対応する。
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