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2023 年度 実績報告書

プラズマ乱流マルチスケール相互作用の一般化Langevin描像

研究課題

研究課題/領域番号 20K03892
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

前山 伸也  核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (70634252)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワードプラズマ乱流 / マルチスケール相互作用 / 射影演算子法
研究実績の概要

プラズマ中で生じる乱流は、大小様々なスケールの揺らぎを作り出す。近年、スーパーコンピュータを用いた大規模数値シミュレーションにより、広くスケールの離れた揺らぎの間にも相互作用が存在することが明らかになった。本研究では、プラズマ物理・非平衡統計力学・データ科学のアプローチを利用して、プラズマ乱流のマルチスケール相互作用を異なるスケール間の相関問題として捉え、コヒーレントな相関項と確率的な無相関項として表す一般化Langevin描像として定式化・体系化することを目指す。

令和5年度は、第一に、これまで進めてきた射影演算子法と自己回帰分析との比較研究について、学術論文誌に発表した。第二に、多変量射影演算子法を長谷川-若谷乱流における線形不安定な抵抗性ドリフト波モードの解析に適用し、非線形項の内の相関項がモードの安定化に影響することを示した(物理学会発表)。第三に、昨年度発見されたマルチスケール乱流相互作用による輸送抑制効果が、実際の実験平衡配位においても生じうることが数値シミュレーションで示され、その成果を学術論文誌に発表した。第四に、マルチスケール乱流に関するこれまでの研究を包括的に議論し、異なるスケールの乱流間の相互阻害性という普遍的描像を提唱し、学術論文誌に発表した。

研究期間全体の総括として、統計的データ解析手法としての射影演算子法の整理とオープンソースコードの公開、乱流・帯状流間相互作用解析に対する射影演算子法の適用性の実証を完遂することができた。電子・イオン系マルチスケール乱流解析については、射影演算子法の適用に至らなかったものの、異なるスケールの乱流間の相互阻害性や、実効的非等方散逸としての電子スケール効果などの性質が数値シミュレーションデータの分析から得られ、プラズマ乱流マルチスケール相互作用の一般化Langevin描像を支持する結果を得た。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] DIFFER(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      DIFFER
  • [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Massachusetts Institute of Technology
  • [国際共同研究] Southwestern Institute of Physics(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Southwestern Institute of Physics
  • [雑誌論文] Multi-scale gyrokinetic simulations of JT-60U L-mode plasma: reduction of the ion scale energy loss due to the nonlinear coupling with the electron scale turbulence2024

    • 著者名/発表者名
      Xu Shaokang、Maeyama S.、Watanabe T.-H.
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 64 ページ: 036014~036014

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ad1f0c

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Overview of multiscale turbulence studies covering ion-to-electron scales in magnetically confined fusion plasma2024

    • 著者名/発表者名
      Maeyama Shinya、Tokuzawa Tokihiko、Howard Nathan T、Citrin Jonathan、Watanabe Tomo-Hiko
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ad34e1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 射影演算子法による統計的時系列データ解析とその応用2023

    • 著者名/発表者名
      前山伸也, 三分一史和
    • 雑誌名

      統計数理

      巻: 71 ページ: 25-45

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Cross-scale interactions between trapped electron mode and electron-temperature-gradient driven turbulence2023

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama
    • 学会等名
      7th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Overview of multi-scale turbulence studies covering ion to electron scales in magnetically confined fusion plasma2023

    • 著者名/発表者名
      S. Maeyama, N.T. Howard, J. Citrin, T.-H. Watanabe, T. Tokuzawa
    • 学会等名
      29th IAEA Fusion Energy Conference (FEC2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 核燃焼プラズマにおけるマルチスケール乱流相互作用2023

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム2023
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチフィデリティデータ融合手法を用いた乱流輸送モデリング2023

    • 著者名/発表者名
      前山伸也,本多充,成田絵美,登田慎一郎
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] マルチフィデリティガウス過程回帰のプラズマ輸送モデリングへの応用2023

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      統計数理研究所共同研究集会「諸科学における統計思考」
  • [学会発表] 非線形自己回帰ガウス過程回帰を用いたプラズマ乱流輸送モデリング2023

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      情報・システム研究機構(ROIS)戦略的研究プログラム2023年度シンポジウム
  • [学会発表] 原型炉級プラズマにおけるマルチスケール乱流輸送シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      前山伸也
    • 学会等名
      第40回プラズマ・核融合学会年会
  • [学会発表] 非線形自己回帰Gauss過程回帰の乱流輸送モデリングへの応用2023

    • 著者名/発表者名
      前山伸也,本多充,成田絵美
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [学会発表] ドリフト波乱流-帯状流の相互作用の2成分射影演算子法による解析2023

    • 著者名/発表者名
      弓削武龍, 前山伸也, 渡邉智彦
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] 帯状流からドリフト波乱流への動的寄与の射影演算子法による解析2023

    • 著者名/発表者名
      弓削武龍, 前山伸也, 渡邉智彦
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [備考] Shinya Maeyama's webpage

    • URL

      https://smaeyama.net/

  • [備考] GKV webpage

    • URL

      https://www.p.phys.nagoya-u.ac.jp/gkv/

  • [備考] smaeyama/mzprojection

    • URL

      https://github.com/smaeyama/mzprojection

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公開日: 2024-12-25  

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