2021 年度研究成果報告書

多階層シミュレーションモデルの開発とプラズマ階層横断現象の探求

研究課題

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研究課題/領域番号	16K17847
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	核融合科学研究所
研究代表者	宇佐見俊介核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (80413996)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2022-03-31
キーワード	多階層 / 磁気リコネクション / 不安定性 / 球状トカマク
研究成果の概要	マクロ階層とミクロ階層を無矛盾に解く多階層シミュレーションモデルの開発、改良を、実空間分割型とパラメータ組み込み型の2種に分けて行った。同時に、多階層モデルの基盤を支えるため、磁気リコネクション下流の物理を詳しく解明した。実空間分割型では、階層の自動切り替え、中間階層の挿入、マクロ階層手法の拡張などの改良を行った。パラメータ組み込み型では、粒子モデルを用いてドリフトキンク不安定性等の運動論効果をモデリングした。一方では球状トカマク合体の装置内全系に近い粒子シミュレーションを行い、グローバルなプラズマの振る舞いを明らかにした。
自由記述の分野	プラズマ物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	多階層シミュレーションは、気象学、宇宙天気予報、医学、自動車設計などの工学についても有効な手段である。開発・改良された多階層モデルには様々な分野への適用につながる汎用的な側面が多い。また、多階層モデルを支える基礎として、磁気リコネクションに関する知見を積み上げた。磁気リコネクションは様々なプラズマで起こるエネルギー解放過程であるため、それら多くの分野の研究が大きく前進する。特に「非熱平衡状態にマクスウェル分布と酷似した速度分布が形成される」という成果は、既存の知見へ影響が極めて大きいものである。