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2021 年度 実施状況報告書

超高解像度電磁流体力学シミュレーションで迫る降着円盤乱流の微小スケール特性

研究課題

研究課題/領域番号 20K14509
研究機関東北大学

研究代表者

川面 洋平  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (80725375)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワードブラックホール / 降着円盤 / プラズア乱流 / 電磁流体力学
研究実績の概要

本年度は、昨年度完成したシミュレーションコードの論文の出版を行い、超高解像度シミュレーションに必要なさまざまな解析ツールの実装を行った。また、富岳を用いたシミュレーションに向けて、富岳での並列スケーリングを取得した。まず、スケーリングについては、20万CPU以上でもほぼ理想的なスケーリングを保っているため、富岳において問題なく計算できることを示した。このコードを用いて、磁気回転乱流のシミュレーションを史上最高解像度で行い、慣性領域の到達まであと少しであることを確認した。また、非線形エネルギー伝達関数を解析するツールも実装し、富岳を用いたさらなる高解像度シミュレーションに向けて準備が整った。さらに、Strong Stability Preserving Integrating Factor Runge-Kutta法を導入し、CFL条件による時間刻みの制限を緩和することに成功した。この導入の際、シアリングボックスでは散逸項が時間依存するため、通常のIntegrating Factorを修正する工夫を行った。この工夫により、誤差を半分以下に抑えることができた。現在、このスキームに関して論文を執筆している。

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

非線形エネルギー伝達関数の実装や種々の解析ツールの実装が進んでいるため。また論文出版・執筆も順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

残るは、実際に富岳においてシミュレーションを走らせ、その解析を行うことである。また並行して、シミュレーションによって得られる電磁場においてテスト粒子計算を行い粒子加速を求める準備も進める予定である。

次年度使用額が生じた理由

海外共同研究者との議論のために渡航をする予定であったが、新型コロナウイルスの蔓延のため渡航ができなくなり繰り越す必要が生じた。次年度は、繰越分を解析用コンピュータの購入に当てる予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] CALLIOPE: Pseudospectral Shearing Magnetohydrodynamics Code with a Pencil Decomposition2022

    • 著者名/発表者名
      Kawazura Y.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 928 ページ: 113~113

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac4f63

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 天体プラズマ乱流中のイオンと電子の加熱配分に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      川面洋平
    • 学会等名
      第77回日本物理学会年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Ion versus Electron Heating in Compressively Driven Astrophysical Gyrokinetic Turbulence2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawazura, A. A. Schekochihin, M. Barnes, J. M. TenBarge, Y. Tong, K. G. Klein, W. Dorland
    • 学会等名
      High Energy Density Science 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ほぼトロイダルな背景磁場を持つMRI乱流におけるAlfven的揺動と圧縮的揺動の分配2021

    • 著者名/発表者名
      川面洋平, Alexander Schekochihin, Michael Barnes, William Dorland, Steven Balbus
    • 学会等名
      日本天文学会2021年秋季年会
  • [学会発表] 簡約化電磁流体力学を用いた磁気回転乱流におけるAlfven的揺動と圧縮的揺動のデカップリングの解析2021

    • 著者名/発表者名
      川面洋平, Alexander Schekochihin, Michael Barnes, William Dorland, Steven Balbus
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] Ion versus electron heating in collisionless accretion flows2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawazura
    • 学会等名
      The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2次元分割擬スペクトル法コードCalliopeによる超高解像度MRI乱流シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      川面洋平
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理学研究会2021

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公開日: 2022-12-28  

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