| 研究課題/領域番号 |
17K06991
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
石澤 明宏 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30390636)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | プラズマ閉じ込め / 非線形 / 乱流 / MHD / 燃焼プラズマ / 数値シミュレーション / ジャイロ運動論 |
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| 研究実績の概要 |
核燃焼プラズマの維持には、高エネルギー粒子とそれによって加熱されるバルクプラズマそれぞれの閉じ込めを低下させるマクロなMHD不安定性およびバルクプラズマの乱流輸送を理解する必要がある。その理解のために、大域的電磁ジャイロ運動論シミュレーションコードGKNETの開発を進めた。本研究で開発される大域的電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードは、国内には例がなく世界的にもまれであり、従来のドリフト波乱流に加えMHD不安定性の第一原理計算を可能にする。このコードにより世界最先端である大域的電磁的ジャイロ運動論シミュレーションを行い、高エネルギー粒子駆動MHD不安定性と乱流の相互作用による高エネルギー粒子および背景プラズマの熱・粒子輸送を同時に評価することが目的である。
核融合炉における燃焼プラズマでは核融合反応で生じる高エネルギー粒子がMHD不安定性および乱流輸送に影響を与える。この影響は本研究で開発中の電磁的ジャイロ運動論シミュレーションによって評価可能になり、高エネルギー粒子とMHD不安定性および乱流の相互作用機構についての理解が進める。さらに、従来の数値シミュレーションでは困難であったMHD不安定性と乱流の相互作用による高エネルギー粒子および背景プラズマの熱・粒子輸送を同時に評価することを、この大域的電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードははじめて可能にする。この点が研究の大きな特徴である。そして、この相互作用では多スケール間の非線形相互作用が重要になることが予想され、核融合炉における燃焼プラズマの多スケール間の非線形相互作用機構の理解をもたらすことが期待できる。
本年度は、計画どおり、電磁的大域ジャイロシミュレーションコードの線形解析版の開発を完了した。このコードを用いていくつかのMHD不安定性およびドリフト波不安定性の線形解析を行い、学会および国際会議において発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
核融合反応で生じる高エネルギー粒子によって駆動されるマクロなMHD不安定性およびバルクプラズマのミクロな乱流によって生じる輸送を同時に評価するために、静電的大域的ジャイロ運動論シミュレーションコードGKNETにおいてアンペール則を解いて磁場揺動が計算可能なように拡張する開発を行い、完了した。このコードの開発の結果、大域的電磁ジャイロ運動論に基づく線形安定性解析を可能にした。
テスト計算として、円断面大アスペクト比トーラスプラズマにおいて、微視的ドリフト波不安定性である電磁的イオン温度勾配不安定性(ITGモード)、電磁的捕捉電子モード(TEM)、運動論的バルーニングモード(KBM)などの線形解析を行った。また、電磁流体（MHD）不安定性であるインターチェンジモード、バルーニングモード、テアリングモード、トロイダルアルフェン固有モード(TAE)の線形計算を行った。そして、これらの結果をまとめ、日本物理学会第73回年次大会などの国内学会およびPlasma Conference 2017などの国際会議で発表した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、これまでに開発した電磁的大域ジャイロシミュレーションコードの線形計算版を非線形計算が可能なシミュレーションコードに拡張する。この拡張により、ドリフト波不安定性およびMHD不安定性が線形成長した後に飽和する過程およびその飽和振幅の評価が可能になるとともに、ドリフト波乱流およびMHD不安定性による熱および粒子の輸送を評価することが可能になる。この新しいシミュレーションコードを用いて、具体的には、電磁的イオン温度勾配不安定性(ITGモード)、電磁的捕捉電子モード(TEM)、運動論的バルーニングモード(KBM)、微視的テアリングモード(MTM)、インターチェンジモード、バルーニングモード、テアリングモード、トロイダルアルフェン固有モード(TAE)それぞれによって駆動される乱流による熱および粒子の輸送を評価するとともに大域的なプラズマ閉じ込め悪化機構の理解を進める。その後、さらに、上記不安定性によって駆動される乱流が高エネルギー粒子駆動MHD不安定性と相互作用することによって生じる高エネルギー粒子とバルクプラズマの閉じ込め悪化を同時に評価する。これら一連の大規模数値シミュレーションにより燃焼プラズマにおける高エネルギー粒子駆動MHD不安定性と乱流の相互作用による高エネルギー粒子および背景プラズマの熱・粒子輸送を同時に評価する目的を達成する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予想外のことが生じ、国際会議への参加機会を逃してしまい、海外渡航旅費が未使用になったことが、次年度使用額が生じた理由です。今年度は、すでに二つの国際会議に参加申し込みをしております（ひとつは招待講演）。この二つの国際会議旅費を使用することにより、前年度分とあわせて計画通りの使用となります。
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