| 研究課題/領域番号 |
23340182
|
|---|
| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
|---|
研究代表者 |
堀内 利得 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00229220)
|
|---|
| 研究分担者 |
田 光江 独立行政法人情報通信研究機構, 電磁波計測研究所 宇宙環境インフォマティクス研究室, 主任研究員 (10202194)
三浦 英昭 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40280599)
小川 智也 北里大学, 一般教育部, 講師 (70392719)
宇佐見 俊介 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80413996)
大谷 寛明 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90332189)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2016-03-31
|
| キーワード | プラズマ・核融合 / シミュレーション / 多階層現象 |
|---|
| 研究概要 |
（１）多階層シミュレーションを実現するための並列汎用AMRモジュールを開発し、矩形形状用拡張MHDシミュレーションコードに実装した。また、応用として、イオンスキン長効果が渦度場構造を変化させることを発見した。さらに、MPIを用いてAMRコードを並列化した。また、AMR-PIC連結コードをグローバルシミュレーションとつなぐため、AMR格子に外部のデータを取り込むことができるようにした。モデルの検証のため、簡単なモデルを用いて動作テストを行なった。
（２）3次元領域分割法による分散並列化を開放系粒子シミュレーションコードPASMOに適用し、１０億粒子を超える大規模粒子系を扱えるようにした。このPASMOコードを強縦磁場を持つ核融合プラズマ中での磁気リコネクションに適応した。大規模シミュレーション実行中に可視化処理を行うIn-Situ可視化ライブラリVISMOを開発し，PASMOに実装してその有効性を確認した。
（３）空間領域をミクロスケール物理が重要となるPIC領域とマクロスケール物理が重要となるMHD領域に分割する領域分割法に基づく連結階層モデルの発展・改良を進めた。これまでのモデルを拡張し、2次元的に階層を連結するモデルを開発し検証を行った。また、PIC領域とMHD領域の間に粒子衝突PIC領域を挿入し、３階層を連結するモデルを構築した。
（４）磁気圏サブストームをプラズマの多階層現象の応用例として取り上げ、磁場の双極子化などグローバルな構造形成とミクロスケールの磁気リコネクション発生機構との関連を調べた。その際、リコネクションを駆動するミクロスケールの物理モデルとして、PICシミュレーションの結果を分析し、メアンダーリング運動モデルおよびドリフトキンク不安定性による異常抵抗モデルの2つを構築した。この2つのモデルを実装した磁気圏サブストームのシミュレーションをそれぞれ実施した。
|
| 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
連結階層シミュレーションモデルの開発研究では、目標とした２次元的階層連結に加えて、３階層連結に成功している。さらに、大規模化シミュレーションを目指す開発として、AMR-PICコードや並列化AMRモジュールの開発、3次元領域分割法の粒子コードへの導入などを着実の進めてきている。プラズマの多階層現象への応用研究としては、ミクロ物理を内包したモデルによる磁気圏サブストームのグローバル構造遷移現象の解明、核融合プラズマを想定した強縦磁場を持つプラズマ中でのリコネクション現象への応用も着実の進めてきており、全体の達成度はおおむね順調と言える。
|
| 今後の研究の推進方策 |
（１）提案したミクロ物理モデルの妥当性を検証するため、局所的な系で磁気リコネクションのテスト計算をミクロ物理モデルを採用したMHDとPICシミュレーションの両者で実施する。
（２）汎用AMR モジュールのトーラスプラズマ形状用シミュレーションコードへの実装を進める。また、拡張MHD 効果について、通常シミュレーション、AMR シミュレーションによって研究を進める。
（３）より大規模な計算機システムで実行効率向上が見込めるようにシミュレーションを実行するため、ポアソンソルバーを必要としない電荷保存法の粒子モデルへの適用を進める。
（４）これまでの多階層モデルを発展させて、上流方向・下流方向の両方を階層連結したモデルを作り、大規模な磁気リコネクションの多階層シミュレーションを行うことを目指す。また、多階層モデルを用いて磁気リコネクションの階層構造の詳細な探求を継続する。
(5)核融合プラズマへの応用を想定した強縦磁場におけるリコネクション物理の解明を、2次元及び3次元シミュレーションを用いて実施する。
|
