| 研究課題/領域番号 |
18K03583
|
|---|
| 研究機関 | 京都大学 |
|---|
研究代表者 |
中村 祐司 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (20198245)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| キーワード | トーラスプラズマ / MHD平衡の過渡応答 / 渦電流 / ディスラプション / 非軸対称性 / 垂直移動現象 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では、渦電流や装置系の過渡応答を考慮したMHD平衡解析に、非軸対称性がどのような影響を及ぼすかを明らかにすることを目的とし、新しい3次元統合シミュレーション・コードの開発と、これを用いた制御シナリオの開発・検討を行っている。
平成30年度は3次元MHD平衡ダイナミクス解析コード開発に着手した。特に新たに開発する必要があるのは真空容器中の渦電流計算モジュールである。軸対称系で通常用いられる渦電流計算では、真空容器をトロイダル方向に一周する円形の導体ワイヤーの集合と近似し、円形コイルのインダクタンスを用いて表現した回路方程式を解いている。しかし、MHD平衡や真空容器の非軸対称性の影響を考慮するためには円形コイルに対する回路方程式を用いた渦電流計算とは異なったモデリングが必要であった。そこで真空容器を流れる渦電流を薄板近似により面電流と近似し、Faraday-Maxwell方程式とBiot-Savert則から渦電流の流れ関数に対する積分微分方程式を導いた。さらにこの方程式を真空容器面上で差分化し渦電流の時間発展を求めるコードを開発した。またこの計算法を軸対称渦電流計算に用い、回路方程式に基づく計算と比較することで、この渦電流計算手法の妥当性を検証することができた。
一方、真空容器中の渦電流とプラズマ電流のカップリングを考慮するには、真空容器の位置においてプラズマ電流が作る磁場を求める必要がある。本研究ではVirtual-Casing法に基づき、三次元MHD平衡コードで得られた平衡データから真空容器の位置においてプラズマ電流が作る磁場を計算するコードを開発した。
今後、これらを用いた非軸対称渦電流計算を行う必要があり、これらの結合に向けたモデリングの検討を進めている。また、GPGPUによる並列計算も検討しており、テストケースではGPGPU利用の有用性が示されている。
|
| 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
平成30年度は非軸対称渦電流計算コードの開発を中心に研究を進め、Faraday-Maxwell方程式とBiot-Savert則から渦電流の流れ関数に対する積分微分方程式を導いた。これを真空容器面上で差分化して解こうとしたが、得られた係数行列の行列式がゼロとなり解くことができず、その原因を特定するために時間を要した。最終的には式そのものに問題はないが、磁場もしくは渦電流の湧き出しがないという物理的制約のため必要な関係式が足りないことが原因だと判明し、必要な関係式を付加することで解決したが、予定していた軸対称配位を対象としたMHD平衡ダイナミクス解析コード開発は遅れた。ただし、軸対称配位における計算は既存コードが利用できるため、当面三次元コードの開発に集中することで期間内に当初の目標を達成できると考えている。
|
| 今後の研究の推進方策 |
今後予定通り、三次元MHD平衡ダイナミクス解析コード、すなわち三次元磁場配位に適用可能な新しい統合シミュレーション・コードの開発を中心に研究を進める。予備的に予定していた軸対称配位を対象としたMHD平衡ダイナミクス解析コード開発は休止する。軸対称配位における計算は既存コードを利用し、当面三次元コードの開発に集中することで期間内に当初の目標を達成できると考えている。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
平成30年度は予定していた旅費の使用を先送りにしたため、6万5千円ほどの次年度使用額が生じた。平成31年度はこれらを合わせて、当初の使用計画通りに解析用端末計算機（約15万円）、成果発表旅費（約11.5万円）、謝金（約20万円）、消耗品費（約10万円）程度の使用を計画している。
|
