研究課題
プラズマ乱流を介した間接的な炉心制御手法の開発に向けて、プラズマ加熱やプラズマパラメータの変化に対する過渡的プラズマ応答の理解が重要な課題となっている。本研究では、変調電子加熱実験やジュール加熱実験で観測されている乱流遷移現象に伴う不純物イオン輸送の過渡的応答を明らかにするために、大域的full-fジャイロ運動論コードGT5Dを多種イオン系モデルに拡張し、最先端スーパーコンピュータを駆使した数値実験を実施する。これにより原子番号Zの異なる様々な不純物イオンの電子加熱に対する応答を再現し、不純物イオン輸送の過渡的応答をもたらす非局所、非線形且つ電子・多種イオンを含む複数輸送チャネルが相互作用するプラズマ輸送現象を解明する。今年度は、イオン加熱条件にて実施されたイオン温度勾配駆動乱流の数値実験において観測された、理論予測を大幅に上回る不純物イオンの新古典輸送の物理機構を解析した。この結果、大域的モデルの両極性条件を介したバルクプラズマの新古典粒子輸送と乱流粒子輸送の新たな相互作用によって径電場が急速に成長し、これに伴うE×B流の圧縮効果が上下非対称な不純物の摂動分布を形成し、不純物の新古典粒子輸送を増大させる物理機構が明らかになった。次に、不純物イオンの吐き出しが観測されているジュール加熱実験を対象として電子加熱条件の数値実験を実施し、放電初期の低密度領域では捕捉電子モード乱流が励起されるのに対し、放電が十分に発展した高密度領域ではイオン温度勾配駆動乱流が励起される乱流遷移現象を確認した。特に、前者の捕捉電子モード乱流の数値実験では不純物イオンの吐き出しとバルクイオンの密度上昇が同時に進行することが分かった。今後、今回確認された粒子輸送特性とこの放電で観測されている運動量輸送やエネルギー輸送の遷移現象との関係を解析する予定である。
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Physics of Plasmas
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