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これまで、不純物輸送に関して多くの理論的研究・大規模数値シミュレーションが行われたが、輸送された不純物がどのようにプラズマ中に蓄積されるかは明らかになっていない。また、実験でしばしば観測される、磁場構造に依存する不純物蓄積の増大や遮蔽のメカニズムも明らかになっていない。そこで本研究では、不純物分布を考慮した拡張MHDコードとジャイロ運動論・新古典輸送理論に基づく局所輸送コードを統合して反復的に解を求める革新的スキームを開発し、プラズマ中の不純物輸送を考察する。同時に、不純物入射装置と局所的な不純物蓄積も観測できる新しい2次元輻射計測を活用した不純物輸送実験を行い、シミュレーションモデルの検証と妥当性確認を行う。このことにより、プラズマ中の不純物がどのようにプラズマ中で輸送され、どこへどのように蓄積されるか明らかにする。
令和4年度は、引き続き革新的反復スキームの改良を進めた。不純物ペレットによる局所的な輻射による温度低下が引き起こす電気抵抗の変化を計算に繰り込めるように、電気抵抗の3次元分布を取り込めるように改良したが、急峻な抵抗値の変化が計算に与える影響を完全に除去できなかった。そこで、電気抵抗による拡散部分のみを、より早い時間スケールかつ陰解法で解けるように半陰解法スキームの開発に着手した。3次元拡散方程式を陰解法で解くことは、巨大な行列計算を必要とすることもあり、容易ではない。そこで、性能よりも並列化効率が高いSOR法をあえて採用することで、効率よく並列行列計算を出来るスキームを開発した。この並列スキームをMIPSに組み込むことはできなかったが、今後の発展性に期待できる。LHD実験においては、不純物入射による不純物スネークの発現を目指した実験を行ったが、実験条件が良くなく、不純物スネークは発現しなかった。
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