乱流輸送のプラズマベータスケーリングのシミュレーション研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23561003
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 石澤 明宏 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30390636)
• 研究期間 (年度): 2011-04-28 – 2016-03-31
• キーワード: プラズマ / 乱流 / 核融合 / 運動論 / シミュレーション / 電磁的 / プラズマベータ / 輸送

研究実績の概要

磁場閉じ込め核融合プラズマにおける乱流輸送のベータ依存性に対するシミュレーション研究の最終段階として、特定の磁場閉じ込め核融合実験装置内のプラズマ（特定のベータ値を持つ）における乱流輸送の評価を行った。具体的には、大型ヘリカル装置（LHD（核融合科学研究所））を対象として、今回開発した電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコード（電磁場と相互作用する粒子の５次元位相空間における分布を追跡するシミュレーションコード）を用いて解析を行った。そして、LHDではイオン温度勾配不安定性が乱流を駆動することを明らかにするとともに乱流輸送の定量的評価に成功した。そして、従来なされていたイオン熱輸送の評価のみならず、粒子および電子熱輸送の評価が実現された。得られた電子熱輸送は実験観測と良い一致を示し、かつ、装置中心方向に向けた粒子輸送が発生することを新たに見出した。一方、イオン熱輸送から逆算される温度勾配は20%程度の誤差で実験結果を再現した。また、LHDプラズマにおいて乱流輸送を駆動する臨界温度勾配は、線形理論が与える評価に近いことが示された。これはLHDプラズマではトカマク型プラズマと比較して、乱流による流れの自己組織化効果が弱いことを示唆しており、高性能ヘリカル型プラズマの乱流輸送モデル構築に向けた貴重な数値シミュレーションデータが得られた。この成果を、国際会議24th International Conference on Numerical Simulation of Plasmas において招待講演として発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Turbulent transport of heat and particles in a high ion temperature discharge of the Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizawa, T.-H. Watanabe, H. Sugama, M. Nunami, K. Tanaka, S. Maeyama, and N. Nakajima
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 043024
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/4/043024
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electromagnetic gyrokinetic simulation of turbulence in torus plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizawa, S. Maeyama, T.-H. Watanabe, H. Sugama and N. Nakajima
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 巻: 81 ページ: 435810203
  • DOI: 10.1017/S0022377815000100
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Overview of gyrokinetic studies of finite-β microturbulence (2015)
  • 著者名/発表者名: P.W. Terry, D. Carmody, H. Doerk, W. Guttenfelder, D.R. Hatch, C.C. Hegna, A. Ishizawa, F. Jenko, W.M. Nevins, I. Predebon, M.J. Pueschel, J.S. Sarff and G.G. Whelan
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 104011
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/10/104011
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cross-Scale Interactions between Electron and Ion Scale Turbulence in a Tokamak Plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Maeyama, Y. Idomura, T.-H. Watanabe, M. Nakata, M. Yagi, N. Miyato, A. Ishizawa, and M. Nunami
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 ページ: 255002
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.255002
  • 査読あり
• [学会発表] Gyrokinetic analysis of turbulent transport in helical systems with different magnetic shear (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizawa
  • 学会等名: 2016 US Transport Task Force Workshop
  • 発表場所: Denver (USA)
  • 年月日: 2016-03-29 – 2016-03-30
  • 国際学会
• [学会発表] ヘリオトロンJにおける乱流輸送のジャイロ運動論シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 石澤明宏，中村祐司，岸本泰明，渡邉智彦，小林進二，Li Jiquan，今寺賢志，長崎百伸
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] LHDにおける乱流粒子輸送 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石澤明宏, 渡邉智彦，洲鎌英雄，沼波政倫，前山伸也，中島徳嘉
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-24 – 2015-11-27
• [学会発表] Gyrokinetic analysis of turbulent particle and heat transport in low- and high-Ti phases in a discharge of LHD (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizawa, T.-H. Watanabe, H. Sugama, K. Tanaka, M. Nunami, M. Nakata, N. Nakajima
  • 学会等名: 20th International Stellarator-Heliotron Workshop
  • 発表場所: Greifswald (Germany)
  • 年月日: 2015-10-05 – 2015-10-09
  • 国際学会
• [学会発表] Gyrokinetic Analysis of Turbulent Particle and Heat Transport in Helical Plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizawa
  • 学会等名: 24th International Conference on the Numerical Simulation of Plasmas
  • 発表場所: Golden (USA)
  • 年月日: 2015-08-12 – 2015-08-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 石澤明宏のホームページ
  • URL: http://www.center.iae.kyoto-u.ac.jp/kondok/ishizawa/index.html